〈觀察〉除發展Mini LED技術 LED廠擁何利基相繼投入VCSEL領域？

LED 產業發展成熟，加上中國廠商殺價流血競爭，國內 LED 廠近幾年來營運表現飽受衝擊，不得不尋求新出路，以提升獲利能力；除 Mini LED 儼然已成 LED 產業新藍海外，相中 3D 感測商機，許多廠商也積極佈局 VCSEL 市場，然而，與早已開始代工 VCSEL 的砷化鎵廠相較之下，LED 廠切入此領域擁何利基？

LED、VCSEL 同屬紅外線元件家族

蘋果 2017 年發表 iPhone X 系列，首度導入 3D 臉部辨識技術，也掀起市場對 VCSEL 的討論。VCSEL 全名為垂直共振腔面射型雷射，屬於紅外線雷射系統，若從發光原理來看，紅外線元件可分為 LED(發光二極體)、LD(雷射二極體)2 種光源，LD 又可區分為 EEL(邊射型雷射)、SEL(面射型雷射)，而 VCSEL 便是 SEL 技術。

LED 發光原理較為單純，但其屬於發散光源，發光能量較弱、光束角度偏大，功能性較不足，僅能提供普通照明、或應用於 2D 感測系統；至於 EEL 與 SEL 所產生的則是雷射光，但兩者在元件結構設計上，有所不同。

EEL 的雷射從側邊射出，雷射功率較高，雷射構造相對簡單，但光源為橢圓形投射，使光束角度與形狀均大於 SEL 元件。SEL 的雷射光則是從表面射出，雷射功率較低，光源為正圓形投射，光束角度與形狀相對集中，且具備較低功耗、高效率與高速等優勢，適合應用於 3D 感測等領域。

3D 感測應用 推升 VCSEL 需求成長

然而，在 3D 感測應用出現前，VCSEL 其實早就用於光通訊領域，但與 3D 感測應用的特性與訴求，完全不相同，光通訊應用為資料中心，適合短程運輸，並強調高傳輸效能，而隨著 5G 世代來臨，資料中心需求將持續擴增，也帶動 VCSEL 成長動能。

近來勢頭正熱的，無非是 VCSEL 在 3D 感測技術應用，主要可分為兩種，一為飛時測距 (ToF)，二是結構光 (Structured light)，強調低損耗、精確度高，不易受環境光干擾，逐漸成為 3D 感測應用的主流技術。

VCSEL 元件與 LED 元件發光原理大致相同，但從結構層面來看，VCSEL 元件結構比 LED 更為複雜，材料特性要求高、設計也較困難，且須具備高難度磊晶技術，才可望順利量產，不過，由於 VCSEL 元件獲利表現大幅優於 LED 元件，也因此，包括晶電 (2448-TW) 等國內外磊晶廠，均爭相投入 VCSEL 領域。

LED 廠擁優勢搶商機 切入 VCSEL 領域

VCSEL 元件結構雖較複雜，但與紅光 LED 的磊晶成長過程相似，VCSEL 同樣以 MOCVD(有機金屬氣相沈積法) 機台磊晶，且原材料同為砷化鎵，據悉，紅光機台轉換至 VCSEL 使用，僅需 3 個月時間，若從藍光 MOCVD 機台轉換，則是需 6 個月時間，不需額外添購設備進行磊晶製程，成為磊晶廠投入 VCSEL 的優勢之一。

另一方面，VCSEL 磊晶對厚度、平整度、均勻度等品質要求極高，最上游的磊晶製程，幾乎決定 VCSEL 元件的品質優劣，而晶電擁有長期投入 LED 元件研發與磊晶技術能力，在轉往生產 VCSEL 元件時，過去積累的深厚磊晶實力，是晶電最大優勢。

挾著 LED 本業原就具備的優勢，晶電 6 年前就開始耕耘 VCSEL 領域，去年 10 月將 VCSEL 與 GaN on Si 等半導體代工業務，切割成旗下子公司晶成半導體，擁有母公司晶電的技術基底，是目前唯一可從磊晶 (Epi) 做到晶片 (Chip) 的廠商，可提供整合性代工服務。

如此一來，晶成除可協助客戶做代工，還有晶電許多專利技術能與客戶合作，且過去晶電擁有的晶圓接合與晶粒封裝等 LED 技術，也是許多 VCSEL 代工廠所缺乏的，藉此與其他同業做出差異化。

晶成目前瞄準的應用包括資料通訊傳輸，及 ToF 與結構光等 3D 感測技術。而除晶電分割子公司晶成半導體，強攻 VCSEL 商機外，隆達 (3698-TW) 也同樣著眼 5G、物聯網、AI 等趨勢，相中自動化機器人對 3D 感測需求，佈局 VCSEL 元件應用，積極開發 ToF VCSEL 元件。

蘋果將導入 ToF 技術 3D 感測應用商機爆發

目前 4 吋 VCSEL 應用主要為資料通訊傳輸，6 吋則可用於 3D 感測的 ToF 與結構光。自蘋果 2017 年在 iPhone X 系列前鏡頭，開始導入結構光 VCSEL 技術後，市場掀起 3D 感測應用熱潮，然而，由於結構光技術門檻高，且受限專利問題，非蘋手機陣營並未跟進，VCSEL 的消費性電子產品應用開展，未如預期在 iPhone X 系列推出後順勢起飛。

不過，今年下半年以來，非蘋陣營在 VCSEL 的 3D 感測應用上，開始出現動靜，包括三星、華為、VIVO、LG、OPPO 等，均將 ToF VCSEL 技術導入後鏡頭，且市場傳出，明年蘋果 iPhone 新機，也將加入 ToF 後鏡頭行列。

據研調機構預估，今年 3D 感測手機滲透率約 1 成，市場產值更可望成長至逾 11 億美元。市場也預期，明年起隨著蘋果導入 ToF 技術，3D 感測手機應用商機，將正式爆發，而切入 VCSEL 領域的 LED 廠，在技術到位之下，也將因此受惠。