輝き放つ車載LED（5/5 ページ）

かつて、自動車で用いられるLEDと言えば、リアランプやメーターパネルの表示灯の光源として用いられる赤色もしくは黄色のものが中心であった。それに対し、現在ではへッドライトをはじめとするさまざまな自動車システムで高輝度の白色LEDが使用されるようになった。その結果、車載LEDの市場は大きく拡大しようとしている。本稿では、LED開発の歴史を概観した上で、LEDの特徴と、車載用途におけるLED採用のメリットについてまとめる。また、ヘッドライトをはじめとするLEDの採用事例や、車載用LEDドライバの開発動向について紹介する。

[本誌編集部 取材班，Automotive Electronics]

調光比が5000：1の製品も

　自動車システムの種類によって、使用するLEDの種類、個数、接続方法などは異なる。そのため、それぞれのシステムに最適なLEDドライバICが提案されている。

　現在、最も競争が激しいのが、カーナビなどに用いられる液晶ディスプレイのLEDバックライト向け分野である。カーナビに用いられる6〜8インチの液晶ディスプレイのLEDバックライトでは、7〜8個のLEDを直列で接続したLEDストリングを、数本並列で並べて使用するのが一般的である。このため、昇圧タイプのDC-DCコンバータ回路を内蔵し、並列接続に対応可能なLEDドライバICが多く用いられている。ただし、カーオーディオなどに搭載されている小型の液晶ディスプレイは、LEDの直列接続個数は4個以下になるため、昇降圧タイプの製品が必要になることもある。

　車載用液晶ディスプレイのLEDバックライト向けでは、明るさを制御するPWM制御回路の調光比が重視される。米Maxim Integrated Products（以下、Maxim）社によれば、「車載用途では、日没時などに液晶ディスプレイに外光が直接当たる場合には、LEDバックライトの輝度を非常に低くする必要がある。一方、夜間など外光がない環境では、LEDバックライトは最大限まで明るくしなければならない。そのため、PWM制御回路の調光比は高いほうがよい」という。Maxim社と米Linear Technology（以下、Linear）社は、調光比が最大で5000：1の製品を提供している。

　米Intersil社は、並列で接続したLEDストリング間の電流誤差が±1％であることや、低輝度においても正確な表示が可能なことなど、高い表示画質を実現できることを特徴とした製品を展開している。

　ロームは、DC-DCコンバータ回路に特徴を持たせた製品をそろえている。昇降圧タイプの製品では、同社が「REGSPIC」と呼ぶ独自技術を採用している。「一般的な昇降圧型のコンバータはSEPIC（Single Ended Primary Inductor Converter）という技術を用いているが、外付け部品としてコイルが2本必要となる。REGSPICでは、外付けのコイルが1本で済み、SEPICと比べて電力効率を5〜10％向上できる」（ローム）という。また、昇圧タイプでも、DC-DCコンバータの発振周波数を、従来の600kHzから2MHzに高めた製品を新たに開発した。発振周波数を2MHzにすることで、自動車のノイズ対策で重要になるAMラジオの周波数帯を避けられるとともに、外付けのインダクタの小型化が可能になる。

ハイサイド電流センスが肝に

写真4　OsramOptoSemicoductors社のLEDパッケージ「OSTARheadlamp」　パッケージの中央に並ぶ5個の黄色い素子がLEDである。

　LEDヘッドライトに用いられるLEDパッケージは、高輝度の白色LEDを5個前後、直列で接続することにより、ヘッドライトとして利用できる明るさを実現している。例えば、Audi A8のフルLEDヘッドライトに採用されている、ドイツOsram Opto Semicoductors社のLEDパッケージ「OSTAR headlamp」は、LEDを5個まで搭載することが可能である（写真4）。一方、レクサスLS600hのLEDヘッドライトに採用されたLEDパッケージには、LEDが4個搭載されている。

　一般的な白色LEDを5個直列で接続した場合、LEDドライバICのDC-DCコンバータからLEDストリングに出力する電圧としては17.5V（3.5V×5個）以上が必要になる。しかし、先述したように自動車の電源電圧は大きく変動するため、DC-DCコンバータには、昇圧と降圧、双方の機能が必要である。

　LEDヘッドライト向けに、積極的にLEDドライバICを展開しているのが、Maxim社とLinear社である。両社が重視しているのは、ハイサイド電流センスの技術だ。ハイサイド電流センスとは、LEDに流れ込む電流値を検知して制御する手法のことである。一方、ローサイド電流センスの場合には、LEDに流した後の電流値を検知して制御を行う。Linear社は、「ハイサイド電流センスの機能を組み込むことにより、降圧タイプ、昇圧タイプ、昇降圧タイプのどの方式にも対応する『マルチトポロジのLEDドライバIC』を実現できる」として、その利点を強調する。

　また、ハイサイド電流センスの場合には、LEDのカソード側からLEDドライバICへのフィードバックが不要になるというメリットも得られる。