光学行业：光变之路，谁是下一代显示技术明星？
▌次世代显示技术明星—MicroLED
MicroLED是指在芯片上集成的高密度微尺寸LED阵列，每个像素点定址化、单独驱动，具有自发光特性。
相比于当前显示技术主流OLED和LCD，MicroLED结构更加简单，性能优势更加明显，具有高亮度、低能耗、使用寿命长、无影像烙印、响应速度快等优点，可广泛应用于面板显示器、AR/VR设备、户外显示器、头戴式显示器(HMD)、抬头显示器(HUD)、无限光通讯、投影机等领域。
目前，苹果收购LuxVue科技公司，布局MicroLED在可穿戴设备市场应用。
三星、索尼布局MicroLED大屏显示应用，分别推出MicroLED产品“CLEDIS”和“TheWall”。
美国Vuzix和英半导体公司Plessey共同合作开发MicroLED显示引擎用于下一代AR智能眼镜。
据预测，至2025年MicroLED显示市场出货量可达3.3亿片，市场产值将达到28.91亿美元。
▌MicroLED显示技术的过渡—MiniLED
MicroLED由于巨量转移等关键性技术和设备上等难题，短期内难以实现量产。
MiniLED作为MicroLED显示技术的过渡，制造技术更加成熟、生产设备更加齐全，容易实现相关产品量产。
MiniLED采用背光设计、微缩芯片等技术，可获得轻薄、高画质、低功耗等特性，性能水平接近于OLED，在亮度、显色等方面优于OLED。
MiniLED以背光源应用为诉求，可适用于车用面板、户外显示屏、大尺寸电视、手机、电竞笔电等领域。据集邦咨询预估，2023年整体MiniLED产值将达到10亿美元。
目前，台系LED产商布局MiniLED十分积极，晶电、隆达、聚积、群创、友达、宏齐、亿光均表示今年将实现MiniLED产品量产。大陆厂商也在紧锣密鼓布局。
MiniLED显示技术对比
MiniLED与MicroLED
MicroLED作为新一代显示技术，在性能表现上具有诸多优势，但其最大难题“巨量转移”，阻碍了MicroLED量产的进程。
MiniLED是晶粒尺寸约在100微米以上的LED，相比于MicroLED，制程工艺技术相对容易，生产良率高，具有异性切割特性，并且MiniLED可采用现有大部分设备进行制造，更容易实现产品量产。
在显示器应用方面，将MiniLED芯片做成自发光显示器成本过高，并且分辨率可能无法满足现有产品要求。因此，MiniLED搭载背光模组，主要面向背光源应用领域。
MiniLED虽然没有自发光特性，但其搭配软性基板可制成高曲面背光的形式，通过局部调光设计，可使MiniLED显示具有好的演色性，实现HDR，同时具有节能特性。
MiniLED对于画质的提升虽不如MicroLED，但依然可大幅提升现有LCD显示画质，且成本相对容易控制。
OLED自发光特性使其拥有高色饱和度、高对比度、画质好以及响应速度快等优点，在显示应用方面具有很大的优势。而MiniLED利用LCD显示器架构，微缩芯片尺寸至100-200μm，在背光模块中通过矩阵式排列布满LED，可以同样实现高对比，并可拥有1000nit以上的高亮度。
MiniLED可通过分区调光实现HDR，拥有好的画质。因此，MiniLED在显示器性能上并不弱于OLED，并可在亮度、显色等方面实现性能超越。
在小尺寸显示应用方面，如手机，MiniLED在显示效果各方面可达到接近于OLED面板。MiniLED与OLED在相同性能要求时，成本问题成为两者竞争的关键。
MiniLED生产链与制造技术成熟，随着技术发展生产成本的进一步降低，MiniLED在手机市场的普及应用值得期待。
但在大尺寸电视市场，MiniLED具有与OLED叫板的能力。在大尺寸电视市场，OLED的印刷上色技术仍未成熟，现行技术方法的材料利用率低于30%。
目前在电视上以WOLED为主，即以黄/绿色搭配蓝色发光层合成白光，通过使用彩色滤光片完成全彩化。而MiniLED采用背光设计的液晶电视面板，画质水平与OLED接近。并且在生产成本上具有小幅优势。
以65吋UHD为例，OLED生产成本约为950-1000美元。而采用MiniLED背光的65吋UHD，以使用30000-40000颗LED估算，其生产成为约为900-1000美元。因此，MiniLED在大屏电视市场，具有应用的前景。
MiniLED产业应用及市场情况
MiniLED采用背光设计、微缩芯片等技术，可获得轻薄、高画质、低功耗等特性，性能水平接近于OLED，在亮度、显色等方面优于OLED。
MiniLED以背光源应用为诉求，可适用于车用面板、户外显示屏、大尺寸电视、手机、电竞笔电等领域。据集邦咨询预估，2023年整体MiniLED产值将达到10亿美元。
目前，因MicroLED相关技术暂未突破，众多厂商已纷纷转向MiniLED的相关应用的开发。其中，台湾地区在MiniLED布局十分积极。
面板厂有友达、群创等，LED芯片厂有晶电、隆达等、LED封装有亿光、荣创等，IC设计有聚积、瑞鼎等厂商。
▌3DSensing核心元件—VCSEL
VCSEL集高输出功率和高转换效率和高质量光束等优点于一身，相比于LED和边发射激光器EEL，在精确度、小型化、低功耗、可靠性等角度全方面占优。
随着VCSEL芯片技术的成熟，以其作为核心元件的3DSensing走入应用，在活体检测，虹膜识别，AR/VR技术以及机器人识别和机器人避险、自动驾驶辅助等领域得到发展。
近期，3DSensing的主要应用以手机为主，iPhoneX首次搭载3D结构光模组，引领3DSensing消费市场。
目前，全球3DSensing供应链趋于完善，VCSEL设计厂商Lumentum、II-VI、Finisar、AMS，VCSEL外延片供应商IQE、全新光电以及台湾晶圆代工厂稳懋、晶电等均纷纷布局3DSensing领域。
据预测，未来几年3DSensing市场规模将呈几何式增长，到2020年3DSensing市场规模可达到108.49亿美元2023年3D传感的市场空间达到180亿美元，2018年-2023年复合增速达到44%。
其中，3DSensing在智能手机市场上的渗透率不断提高，3DSensing渗透率有望从2017年的2.1%提高至2020年的28.6%。
新型半导体激光器—VCSEL
VCSEL(Vertical-cavitysurface-emittinglaser)，即垂直腔面发射激光器，与传统的边发射激光器不同，其激光出射方向垂直于衬底表面。
半导体激光器主要分为边发射半导体激光器EEL(edge-emittinglaser)和垂直腔面发射半导体激光器VCSEL两种类型。边发射半导体激光器具有高的光电转换效率和高的输出功率。
但是边发射半导体激光器发散角较大，并且平行和垂直于pn结的两个方向发射角相差较大，这一缺陷极大的限制了边发射半导体激光器的应用范围。垂直腔面发射半导体激光器具有较好的光束质量和圆对称的光斑分布，发散角较小。
KUZNETSOV等研究人员制备得到的光泵浦垂直腔面发射半导体激光器，其集高输出功率和高转换效率和高质量光束等优点于一身。
VCSEL具有完美的光束质量、小的发散角和圆对称光场分布使其与光纤的耦合效率较高，其与多模光纤的耦合效率可大于90%。其较小的有源层体积，使其产生激光的阈值电流较低。
极短的谐振腔长度，使得纵模间距变大，易于实现单纵模激光运转。
具有垂直于衬底表面光出射方向，易于通过高密度集成实现高功率激光输出。高的传输速率和调制频率，也有利于高速光纤网路传输通信。
VCSEL在传感器应用方面也展现出优异的性能，相比于早期3D摄像头系统使用的LED红外光源，结构更加简单、体积更小、功耗更低、距离检测更加精确。
VCSEL广泛的应用范围，3DSensing市场可期
随着VCSEL研究的不断发展，以其作为核心元件的3D摄像头可以更快、更好的走入应用，产品进入市场。
3D成像对比传统的2D成像技术有着更好的技术特性，全面的三维信息可以更好的应用在智能化设备中，如活体检测，虹膜识别，AR/VR技术以及机器人识别和机器人避险、自动驾驶辅助等领域，随着时间演进，到2023年3D传感的市场空间达到180亿美金，2018年-2023年复合增速达到44%。
据TrendForce统计，到2017年年底，全球3DSensing市场规模仅为8.19亿美元。但受益于消费电子市场可预见的爆发式增长，全球3DSensing市场规模将不断扩大。
TrendForce预测，未来几年3DSensing市场规模将呈几何式增长，到2020年，3DSensing市场规模可达到108.49亿美元。其中，3DSensing在智能手机市场上的渗透率不断提高，3DSensing渗透率有望从2017年的2.1%提高至2020年的28.6%。
据DeutscheBank统计，2017年搭载3DSensing模组的智能手机(仅有iPhone)数量为3800万台，在智能手机上搭载率仅为3%。
2018年随着3DSensing模组在Android手机上进行使用，智能手机市场3DSensing模组需求扩大。
据预测，2020年搭载3DSensing模组的iPhone手机数量将达4.4亿台，搭载3DSensing的Android手机数量将达4.65亿台，3DSensing在智能手机上搭载率将达到38%。
3DSensing技术成熟，苹果iPhoneX搭载3D结构光模组，推动消费升级
3D成像，3D成像就是在二维图像，包括颜色，亮度，细节的基础上增加了景深的信息，在拍照的同时，获取对象的景深数据，应用于人脸识别，虹膜识别，手势控制，机器视觉，计算摄影。
3D摄像头模组:RGB摄像头+深度摄像头，并搭载核心3DSensing算法一起来提供3D成像。其中深度摄像头在整个3D摄像头模组中起了非常关键的作用，可提供场景的深度图像，是图像由二维转换为三维的关键技术点。为了实现3D成像，目前需要解决的是深度摄像头的方案，目前已有的3D成像方案有:结构光法，飞行时间法(TOF)和双目测距法。
苹果积极布局3DSensing领域，iPhoneX搭载3DSensing人脸识别
在光学领域，苹果始终保持行业领先地位。当下热门的3D摄像头技术，苹果早在2010年便展开布局。如今，苹果已收购多家相关技术领域的公司。
2017年苹果推出十周年纪念版机型iPhoneX，其搭载的3DSensing人脸识别成为业界热捧的智能手机新功能。该产品再次引领手机产业开启新一轮10年周期的升级风潮。
iPhoneX采用的3DSensing核心元件包括点阵投影器(Dotprojector)、接近传感器(TOF)和泛光照明(Floodilluminator)等。iPhoneX红外点阵投影器通过采用VCSEL二极管配合主动式衍射光学元件和折叠光学元件得以实现。
其中，VCSEL芯片安装在氮化铝的DPC陶瓷基板上，氮化铝基板贴装于HTCC陶瓷基座底部。主动式光学元件的电极和陶瓷基板中的IC通过组件侧方的金属连接器相连。
系统工作时，由VCSEL芯片发出红外光束，经过折叠光学元件引导至主动式衍射光学元件，再由主动式衍射光学元件将光束分成30000个点光束发射而出。
这种非常独特的装配方案获得了最优化的热管理性能，并能为所有的光学元件提供更高的对准精度。
iPhoneX泛光照明器采用近红外VCSEL，通过发射辅助红外光确保系统在较暗环境下正常运行。
TOF接近传感器可测得用户和手机距离，当用户在接听电话时，会自动关闭屏幕。
苹果作为手机行业龙头，率先在智能手机上大规模采用3DSensing技术，引领3DSensing消费市场。最近，最新发布的安卓手机小米8探索版中也搭载了MantisVision编码结构光方案。
OPPO的FINDX手机也采用3D结构光模组，通过向人脸投射15000个光点，建立毫米级精度的3D深度图，并快速与用户信息进行比对。同样，华为预计今年下半年相关机型也将会搭载3DSensing设备。
VCSEL供货商看好手机3DSensing市场，苹果3DSensing供应链趋于完善
自苹果手机iPhoneX搭载3DSensing摄像头引爆市场后，国内各手机品牌在新推出的智能手机上也纷纷搭载3D结构光组件。
据估计，2018年全球手机镜头颗数总量可达约37亿颗，YoY达11.5%，2020年达45亿颗，摄像头总量增加高于智能手机增速。
这主要由于双或多摄像头普及率越来越高，且每台手机搭载不同功能的镜头数量越来越多。三星和华为出产的手机预计有90%以上将搭载双或多摄像模块。
预计2020年每台手机将搭载2.94颗，到2021年每台手机搭载颗数将超过3颗。3DSensing产业的良好前景，已引起了国内厂商注意，晶电、三安等厂商积极进入该市场。(浙商证券：孙芳芳 )
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