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伐谋·主题【车行万里,激光照亮前程】国泰君安中小盘孙金钜团队

金钜策股  · 公众号  · 股市  · 2017-05-05 23:26

正文

国泰君安中小盘:孙金钜、马丁


   摘要   


市场认为激光车灯仍处在概念产品阶段,我们认为,激光车灯量产工艺已经接近成熟,成本下降后渗透率会迅速扩大,成为汽车照明市场的重要组成。激光车灯具有高能效、小体积、方向性好等特点,具有多方面优势:(1)契合新能源车的低能耗要求;(2)增加了车灯设计自由度;(3)便于实现智能车灯复杂功能。回顾从卤素灯到氙气灯和LED灯的技术革新路线,汽车前灯更新换代的速度正在加快,目前激光车灯装配在若干高端车型,我们预计其在中端车市场的大规模普及指日可待。经统计测算,2020年激光车灯市场规模有望达到35亿美元,渗透率达到5%,行业前景广阔。


激光车灯助力行车安全和智能化。激光车灯的高亮度白光是通过蓝色激光激发黄磷滤镜产生,所以白光本身并不是相干光,避免了舆论所担心的激光伤害。车灯所需的蓝色短波激光可以通过两种方式获得,一是蓝色半导体激光器,二是将近红外激光倍频。激光远光灯工作距离长达600米,超远的照射距离保障了夜间行车安全。另一方面,激光车灯是智能车灯的最佳载体,比如智能矩阵车灯和动态车灯技术通过激光可以更好地实现。在法规方面,美国现行的机动车安全标准制订时间较早,其中的条款与激光车灯高亮度和自动调节的特性相悖,在众多车厂的游说下,该条款有望被修订。我国也有相关规定,对激光车灯的性能造成一定限制。


显示与通信是激光照明新疆域。激光车灯是激光照明蓬勃发展的体现,概括的说,激光照明是在多种场景下用激光代替白光LED,实现公共照明、显示照明、投影成像等功能,激光投影小型化还可以催生手机投影等消费电子应用。如果用激光代替LED,LiFi的数据传输速率将大幅提高,不同波长混合而成的白色激光在调制速率和信号带宽方面独具优势,速率可以轻松达到100Gb/s


在激光车灯的产业链上,受益公司涵盖激光或LED芯片生产、照明设计、激光器件、汽车制造企业等多个环节。凭借着在LED领域的全面能力,欧司朗暂时供货所有激光车灯,但是随着规模普及,分工生产趋势不可逆转,各个环节的龙头企业都有机会从中受益。目前我国尚没有可以对标欧司朗的全能型照明企业,但是可以从激光车灯的各个环节找到受益标的,包括福晶科技(光学非线性晶体),大族激光(深紫外激光加工)、华工科技(全固态紫外激光器),以及木林森(LED封装龙头,收购欧司朗通用照明业务)。

1

激光照明在汽车照明领域开花结果


1.1 激光大灯时代正加速来临


激光大灯是未来汽车照明的主流方案。汽车前照灯经历了卤素灯、氙气灯(Xenon HID)和LED后,最新的一代是激光大灯,目前该技术已经应用在部分高端车型中。激光车灯在亮度、能耗和外形设计等方面均具有巨大优势,虽然现阶段制造成本较高,但是生产技术已经成熟。我们认为,激光车灯在成本下降后渗透率会迅速扩大,成为汽车照明市场的重要一员。



大灯技术更新换代速度正在加快。1992年,Hella和Bosch打造的第一款近光HID配置在BMW 7系列上。1999年,奔驰CL Class采用双氙气大灯同时实现了远光与近光功能。自2004年以来,LED大灯开始活跃在车灯设计中,奥迪A8率先将LED用作日行灯,但第一款成熟的近光LED大灯出现在2007年的Lexus LS 600h。随后,自适应远光灯等智能LED大灯系统相继问世。2014年,BMW i8成为了第一款配置激光远光灯的量产车。汽车前灯的迭代更替正在加速,我们认为激光车灯的普及速度会比人们预想的要快。



根据对氙气LED复合灯具、LED大灯、LED矩阵灯从顶级车到中端车的渗透路径分析,激光车灯在2018年将出现在大部分高端车型中,并在2025年成为中级车的标准配置,潜在市场规模高达数千万套。


1.2 从卤素灯到激光,车灯革新至关重要

 

汽车大灯技术不断革新有着重要的意义。如今,对于车灯的评判已经不仅仅局限于照明亮度单一指标,车灯的能耗、设计、驾驶辅助功能都有必要纳入考量范围。主要原因是(1)新能源车是必然趋势,车灯能耗减少有利于电池的有效利用;(2)LED和激光等新型光源赋予车灯设计更大自由度;(3)新型车灯可以满足辅助驾驶的智能化控制需求。

 

按照时间顺序,现代汽车大灯种类包括卤素灯、氙气灯、LED灯、和最新的激光大灯。

 

卤素灯即在白炽灯中添加卤素气体,这有助于抑制钨丝挥发,减少在灯泡玻璃上的沉积,延长灯泡工作寿命。由于结构简单和成本低廉,卤素灯依然被普遍应用在汽车大灯上。卤素灯的平均工作寿命为1000小时,更换价格约为30美元,发光效率较低的劣势正促使汽车厂商逐步放弃使用。



氙气灯(Xenon HID)利用在钨电极之间的高压电弧将金属盐挥发形成离子态发光,其中的氙气作用是加速启动,所以也被称为氙气灯。HID大灯亮度可以达到2800至3500流明,发光效率远高于卤素灯,色温在4100K至5000K之间,相比之下,卤素大灯色温只有3000K至3550K。


 

LED车灯的诞生源于高转换效率蓝光LED的规模化生产,蓝光LED对可见光频段意义巨大,可以用来合成模拟太阳光的白光。在同样亮度下,LED发光区域较前代车灯大幅减小,为车灯设计提供了前所未有的自由度,广受高端汽车品牌热爱。另外,LED可以实现更复杂的电路功能设计,矩阵排列的LED像素点都可以被独立控制。可以说,智能车灯只有在LED出现后才成为可能。



激光大灯采用了蓝色激光作为辐射源,再通过黄磷透镜合成白色光束。其中短波蓝色激光二极管的亮度超过LED千倍,而只需要后者60%的能量消耗。除了亮度的绝对优势,光束的对比度和聚焦程度也超过传统车灯。宝马的激光车灯色温达到5500至6000K,这是国际车灯标准允许的最高色彩温度。






1.3 激光车灯市场空间将达百亿元

 

2015年,配备激光大灯的量产车型只有BMW i8,其余包括少量概念车型(比如Audi R8,总数不会超过100辆)。2016年,BMW 7系中的部分车型也配备了激光大灯,由于存量基数较小,激光车灯产值规模增速较高。据Research and Markets预测,产值年复合增速高达267%。

 

我们对市场空间的测算主要依据是BMW i8和部分7系的销量,据BMW年报,2016年BMW i8全球销量约为6000辆,BMW 7系全系列共销售60000辆,两个系列配备激光大灯的型号保守估计占比10%,我们估算全年产量共有近7000套。激光大灯价格较为昂贵,约为1万美元,所以2016年市场规模近7000万美元。以增速267%计算,2020年激光车灯市场规模可以达到35亿美元。



全球汽车销量增长已经趋于平稳,所以车灯产量增长并不显著,但是随着LED、HID、和激光大灯渗透率增加,车灯产值依然有较快的增长,Yole市场调研报告称2020年全球汽车照明市场规模大约为270亿美元,按照我们的估算,届时激光车灯产值占汽车照明市场约8%。考虑到激光车灯单价远高于其他类型,渗透率大约为5%,符合行业合理趋势。


2

激光车灯助力行车安全和智能化


2.1 激光车灯的安全性有保障

 

在激光车灯中,激光指的是激发光源,而不是最终的照明光。激光车灯采用蓝色半导体激光,激光光束照射在黄磷滤光镜上,激发出黄色荧光。其余的蓝光与黄色荧光混合成白色光,最终经过聚焦光元件形成圆锥形白色光束。从白光形成机理看,激光大灯与白光LED的工作原理相似,最终的白光属于荧光而不是激光,所以不会出现所担心的激光伤害。



激光车灯所需的蓝色激光可以通过两种方式获得,一是蓝色半导体激光器,二是近红外激光倍频。蓝色LED辐射波长短,能量高,可以激发能量较小的长波频段,使白光产生成为可能。另一种获得蓝光的途径是将近红外光倍频,其中所需的近红外波段半导体技术相对成熟,通过非线性晶体,红外光可以高效地转换为蓝色光。



欧司朗在CES 2017上展示了最新的汽车激光大灯设计,激光输出采用脉冲模式,波长905nm属于近红外波段,脉冲占空比仅为0.01%,5纳秒超短脉宽确保了意外照射时人眼的安全性。其中的MEMS芯片能以2kHz频率调整光束,水平幅度达到120度,垂直方向可以达到20度。激光的发光模块体积大约为10立方毫米,相应的LED体积为1立方厘米,这使得激光几乎可以被设计在任意位置。

 

激光车灯的超远照射距离保障夜间行车安全。目前,激光车灯只用在远光模式,工作距离高达600米以上,亮度达到580cd/mm2,远超传统LED远光灯,极大地提高了驾驶者夜间视野范围。至于远光灯影响对面车辆的问题,智能感应系统可以探测路况提前切换,或者用矩阵技术进行局部照明。



2.2 激光车灯与智能车灯相辅相成

 

未来的车灯将依据不同的路况采用数百种照明程序,虽然多数已经借助LED完成,但是激光车灯的指向性和亮度更有优势,可以实现更智能的设计。例如,奥迪将智能矩阵技术与激光车灯结合,通过微型镜面阵列,可以根据对面来车方位自动关闭部分车灯单元,变换照射区域。



BMW的动态车灯技术可以自动高亮移动物体,同时提示驾驶者和路上行人。该技术包括了红外成像,用于识别移动的行人或动物,并计算出相应位置,自动调节车灯矩阵的部分单元照亮移动物体。



另外,作为一种激光发射源,激光大灯也可以作为辅助光源,用于诸如碰撞警告、紧急刹车、自动巡航控制和ADAS等智能驾驶系统。例如,激光大灯干涉感应技术(Laserheadlight interference sensing technology)有望被用作车宽引导指示,可以避免夜间行车事故,与前车保持安全距离。

 

2.3 各地法规对激光车灯影响不一

 

针对激光大灯的高亮度和自动调节,相关交通法规需要更新。激光大灯进入美国的过程并不顺利,联邦机动车安全标准(FMVSS 108)对行驶车辆的前灯、信号灯以及反射器件都做了详细规定,该标准由美国交通部制定颁布,早在1968年便要求汽车远光灯可以手动调节为近光灯,与最新的自适应车灯恰好冲突。同时,激光车灯的亮度也超过了NHSTA规定的范围。

 

另外,激光车灯作为一种辐射源,还受到美国FDA的监督。FDA依据辐射能量对激光分类,激光车灯达到最高能量级别。通过汽车生产厂家和业界论证,目前BMW与Audi配备激光车灯的部分车型都有望在美国销售,但是具体参数需要依最新规定做调整。

 

为了安全起见,时速超过40公里时,BMW i8的远光灯才可能开启,并且随时监控车灯完整度,防止车灯破损后的激光直接照射。在我国,车灯的亮度等参数同样有严格规定,比如据BMW中国官网显示,中国市场智能激光大灯光程从600米降至475米。

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显示与通信是激光照明新疆域


激光照明是LED照明的升级版,激光车灯体现了激光照明的蓬勃发展。概括的说,激光照明即用激光代替白光LED,实现公共照明、显示照明、投影成像等功能,比如激光投影、激光电视。激光小型化还可以催生手机投影等消费电子应用。诺贝尔物理学奖获得者中村修二非常看好蓝色LED和激光在家庭、商用、和显示领域的应用前景。

 

激光电视(Laser TV)的实质是激光投影显示。激光电视由一个投影屏幕和激光投影机组成,投影机只需距离屏幕60厘米就可以投射出100英寸效果。与普通投影仪相比,激光电视采用红绿蓝三色激光或者白色激光替代氙气灯,色彩饱和度大大提高。与激光车灯类似,激光电视价格依然相对昂贵,但是不同于OLED等技术,激光投影的本质使得显示尺寸扩大的成本极低,所以激光电视适用于大屏幕或户外场景。



虽然电视行业整体增速趋缓,但是大尺寸电视的占比明显提高,根据中怡康预测,2017年55英寸大平板有望成为市场主要尺寸段;未来五年,85英寸以上超大屏市场复合增长率可能超过100%,电视行业有望进入大屏消费时代。激光电视足以支持100英寸以上的屏幕,是最大的受益者之一。

 

LiFi采用激光可以大幅提高数据传输速度。为了进一步提高效率,原本LiFi的LED光源可以用半导体激光器代替。最新研究显示,以调制激光为载体的LiFi传输速率大约为LED为载体的十倍。白光LED是通过蓝光LED激发黄磷获得,发光过程限制了调制速率,而白色激光可以通过混合不同波长获得,调制速率提高的同时,信号频段也成倍增加。使用LED的LiFi速率大约为10Gb/s,而使用激光的LiFi可以轻松达到100Gb/s。


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受益标的


在激光车灯的产业链上,受益公司涵盖激光或LED芯片生产、照明设计、激光器件、汽车制造企业等多个环节。凭借着在LED领域的全面能力,欧司朗提供了所有的量产激光车灯,但是随着规模应用,分工生产趋势不可逆转,各个环节的龙头企业都有机会从中受益。

 

全能型照明企业欧司朗包揽激光车灯。欧司朗销售收入主要来自三大板块,特殊照明(Specialty Lighting,SP),照明方案服务(Lighting Solution & Services, LSS),光电半导体(Opto Semiconductors,OS),汽车照明隶属于特殊照明板块。原有的通用照明业务已经剥离,并被我国LED封装企业木林森收购。欧司朗的光电半导体实力全球领先,为激光照明提供了强有力的技术支持。



除欧司朗以外,激光车灯产业链上涉及的企业还有ZKW、Sorra、Bosch、Hella和University Optics,涵盖了车灯设计、蓝光LED、和光学器件等领域。

 

目前我国尚没有可以对标欧司朗的全能型照明企业,但是可以从激光车灯的各个环节找到相关标的,包括生产非线性晶体的福晶科技,激光龙头大族激光、华工科技,以及收购欧司朗照明业务的木林森。

 

木林森(002745.SZ):公司是LED封装领域龙头企业,正在不断向LED上下游进行产业延伸和投资扩产。近期公告拟通过发行股份及支付现金方式合计40亿元,购买明芯光电全部股权,明芯光电间接持有LEDVANCE 100%股权,即从欧司朗剥离出的通用照明业务,涵盖了传统光源和LED光源,并将在未来重点拓展OTC灯具、智能家居电子业务。公告显示,欧司朗其他未剥离业务(例如车灯)也有可能利用此次收购使用木林森为供应商,木林森有望借此切入到汽车大灯市场。

 

福晶科技(002222.SZ):产品包括激光所需的非线性光学晶体、激光晶体、光学元器件,是全球最大的LBO、BBO 以及胶合晶体供应商,也是全球重要的Nd:YVO4 晶体供应商和国内最大的KTP 晶体生产商。非线性光学晶体是红外光转换成短波蓝光的必要元件,是白色激光源的主要实现手段。晶体元件处在激光照明产业链上游,技术壁垒很高,激光车灯的流行将提升对激光晶体的关注。

 

华工科技(000988.SZ):公司凭借着雄厚的激光研发实力,在紫外激光领域国内领先,具有最大12W的全固态紫外激光器量产能力。同时,华工科技旗下法利莱激光在白车身焊接市场中占有一席之地,与汽车生产商密切合作,公司的传感器模块也广泛应用在智能汽车和车联网领域。






金钜策股

团队专注资本市场中小市值/中小盘股的挖掘和研究,负责人孙金钜,团队成员孙金钜、刘易、吴璋怡、王政之、任浪、黎泉宏、马丁、俞能飞、黄泽鹏等。


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