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光电传感器的发展趋势及概况简述

导读: 传统的光电传感器往往体积较大,功能不完善,应用领域受限,难以满足便携设备、可穿戴设备等下游应用领域不断升级的消费需求。精密加工、微电子、集成电路等技术的发展及新材料的应用,使得传感器中敏感元件、转换元件和调理电路的尺寸正在从毫米级走向微米级甚至纳米级,助推了传感器的微型化趋势。

    光电传感器以光电效应为基础,把被测量的光信号的变化,转换成电信号或其他所需形式的信息输出。光电传感器具有精度高、反应快、非接触等优点,而且可测参数多、传感器的结构简单,因此光电传感器的应用领域非常广泛,如LED 照明、安防、智能家居、智能交通、智能农业、玩具、可穿戴设备等数码电子产品等。未来随着物联网技术的发展和普及,光电传感器应用将渗透到人类生活的方方面面。

    光电传感器行业发展方向呈现出以下特点:

    (1)光电传感器的智能化趋势

    光电传感器的智能化是在传感器中内置微处理器,使其具有自动检测、自动补偿、数据存储、逻辑判断等功能。随着终端用户体验的不断升级及消费习惯的逐渐改变,光电传感器要求具有保密性高、传输距离远、抗干扰性强、自适应性强、通信功能等特点,因此,智能化是光电传感器发展的必然趋势。

    (2)光电传感器的微型化趋势

    传统的光电传感器往往体积较大,功能不完善,应用领域受限,难以满足便携设备、可穿戴设备等下游应用领域不断升级的消费需求。精密加工、微电子、集成电路等技术的发展及新材料的应用,使得传感器中敏感元件、转换元件和调理电路的尺寸正在从毫米级走向微米级甚至纳米级,助推了传感器的微型化趋势。

    (3)光电传感器的多功能化趋势

    通常情况下,一只传感器只能用来探测一种被测变量,但在许多应用领域中,为了能够全面而准确地反映客观事物和环境,往往需要同时测量多种被测变量,因此实现多功能化无疑是当前光电传感器技术发展中一个重要的研究方向。随着光电传感器应用领城的不断扩大,借助半导体的蒸镀技术、扩散技术、光刻技术、精密微加工及组装技术等,使多种敏感元件整合在同一基板上成为可能。终端应用的集成化要求,推动了多功能化传感器的发展。

  3、热释电红外传感器细分领域概况

    热释电红外传感器以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化,并将其转换成电信号输出;将这个电信号加以放大,便可驱动各种控制电路,如作电源开关控制、防盗防火报警、自动监测等。热释电红外传感器本身不发出任何辐射,器件功耗小,并有很强的抗干扰性。

    我国热释电红外传感器技术是伴随着上世纪70 年代卫星红外遥感技术发展起来的军用转民用技术。近年来,伴随着下游应用领域的需求增加,热释电红外传感器的市场容量快速增长。2009 年我国热释电红外传感器产量仅为6,000 万只,2012 年热释电红外传感器产量已突破1 亿只,2014 年产量达1.8 亿只,年平均增长率接近25%。预计按此速度发展,至2018 年,我国热释电红外传感器的产量将接近4.5 亿只,行业显现出巨大的增长空间。

   该细分领域有较高的生产技术壁垒,一般企业缺乏自主生产红外滤光片与红外敏感陶瓷这两种核心材料的技术能力,而该等材料外购成本较高,因此其生产出的热释电红外传感器丧失了成本优势。目前热释电红外传感器领域市场集中度极高,少数几家拥有红外滤光片与红外敏感陶瓷材料配方技术及生产制备能力的企业占据热释电红外传感器领域内绝大部分市场份额。未来随着行业竞争的日趋激烈,在行业内拥有较强的市场敏锐度、并具备良好的成本把控能力的企业将凭借自身优势,取得市场先发优势,进一步抢占更多的市场份额。

  目前我国的热释电红外传感器已经广泛应用到LED 灯具、安防、智能家居、玩具等产品上。由于中国制造的成本优势,加上制造技术的日益成熟,中国已经成为全球热释电红外传感器制造中心。

    4、可见光传感器细分领域概况
 
   由于产品技术含量的不同,可见光传感器分为中低端可见光传感器(如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等)及高端可见光传感器(如CMOS 线性可见光传感器等),其竞争格局亦因技术壁垒而有所不同。

   可见光传感器是将可见光作为探测对象,并转换成输出信号的器件。可见光传感器是目前产量最多、应用最广的传感器之一,公司的可见光传感器产品主要有光敏电阻、光敏三极管、CMOS 线性可见光传感器等。下表为上述几种主要类型可见光传感器的性能对比:

序号
可见光传感器按技术含量分类
可见光传感器类型
价格
特性
响应
1
中低端传感器
 
光敏电阻
较低
阻值随光照变化
光敏三极管
相对较高
电流随光照呈指数变化
2
高端传感器
CMOS 线性可见光传感器
较高
电流随光照呈线性变化


    在中低端可见光传感器中,光敏三极管的综合性能总体优于光敏电阻,在性能、应用范围等因素影响下,光敏三极管凭借着良好的综合性能,逐渐替代光敏电阻将成为大势所趋。

    而以CMOS 线性可见光传感器为代表的高端可见光传感器,其因暗电流小、灵敏度高、低照度响应、电流随光照度增强呈线性变化等特性,具备广泛的背光调节及节能控制等市场,广泛应用于电视机、电脑显示器、LED 背光、智能手机、数码相机等产品,是可见光传感器未来重要的发展方向之一。

   在中低端可见光传感器领域,由于技术门槛较低,行业内中小企业众多,行业集中度低,竞争激烈。目前国内企业凭借成本优势,占据中低端可见光传感器领域中绝大部分的市场份额;从近年来该领域整体的竞争格局来看,以本公司、利达光电股份有限公司为代表的可见光传感器企业依托其较强的研发实力、成熟的生产工艺和规模化生产能力占据着中低端可见光传感器领域的第一梯队的位置;部分企业凭借着一定的生产规模及价格优势占据着第二梯队的位置;第三梯队则是由大量生产规模小、研发技术及生产制造工艺落后的小企业组成。

    而在高端可见光传感器领域,由于该领域产品技术门槛较高,因此需要企业拥有较为深厚的技术沉淀、雄厚的资金及研发实力。目前高端可见光传感器的市场份额主要被欧美、日本及台湾地区的企业所占据,国内仅有少数业内领先企业凭借着雄厚的研发实力及丰富的行业经验,在CMOS 线性可见光传感器等部分细分领域获得技术性的突破并实现量产。未来随着下游行业需求的不断增长,国内领先企业将凭借着中国企业的成本优势抢占更多的市场份额。

    近年来,在国家大力推动智慧城市的背景下,我国可见光传感器行业显现出良好的发展态势。2009 年我国可见光传感器的市场规模仅为8 亿元,至2014 年,可见光传感器细分行业的市场规模已达到25 亿元。预计至2018 年,我国可见光传感器的市场规模将达到78 亿元。

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