車のさまざまなライトの特徴と寿命

車の各種ライトの寿命を知っておくと、交換時期を予測できます。特に夜間に運転する際、ドライバーの安全性向上につながります。ただし、この寿命はすべての電球の種類で同じではありません。技術、使用条件、使用頻度や時間、製造品質によって異なります。そのため、多数のモデルの中から、最適な電球技術を選ぶ必要があります。以下では、ハロゲン、キセノン、またはLEDについて知っておくべきことをご紹介します。

ハロゲン電球

ハロゲンヘッドライトは、昔ながらの白熱電球です。最も古く、最も普及しているタイプです。家庭内で使われる電球と同様に、フィラメントを使って光を発します。

ハロゲン電球 はガラス製のカプセルで構成されています。内部の「ハロゲン」と呼ばれるガスは、内部温度を上げると同時にタングステンと化学結合し、より明るい光を生み出します。電球の中心には直線状のタングステンフィラメントがあり、電球の寿命と出力に応じて、所定の長さと直径に複数のコイルが重ねられています。出力は35w、55w、60w、65w、100wなどです。通電すると、らせん状のフィラメントが電流に強い抵抗を示し、発熱して溶融します。こうしてタングステン蒸気がハロゲンガスと結びつき、非常に強い光を生み出します。

一般的な白熱電球は、自動車業界で姿を消しつつある技術です。実際、フィラメントが生み出すのは約90 %の無駄な熱と、わずか10 %の光です。ハロゲン技術は、赤色および赤外線の電磁波によって大きなエネルギー損失が生じます。この現象が、消費電力の大きさと短い寿命の原因です。従来のフィラメント電球の寿命は200～600時間です。ハロゲン電球は非常に壊れやすく、衝撃や振動にも弱い点にご注意ください。

キセノン電球

車の各種ライトの中でも、キセノン電球は主に高級車に使用されています。ハロゲン電球とは異なり、キセノン電球には白熱フィラメントがありません。ヨウ素や臭素などのハロゲンガスの代わりに、キセノンガスを使用します。キセノンは地球上に非常に少量しか存在しない希ガスの一種で、ほとんどの化学反応に対して不活性です。

キセノン電球、つまり放電ランプは複雑な仕組みで動作し、「バラスト」と呼ばれる電子制御モジュールなしでは作動しません。安全システムを備えたバラストは、増幅器付きの「スターター」と電子レギュレーターの役割を果たします。電球の点灯時には、バラストによって約25 000ボルトの放電が発生し、2つの電極間に印加されます。電気アークが発生し、小さなガラス球に封入されたキセノンガスに点火することで、独特のやや青みがかった光色が生まれます。あらかじめ設定された出力で電気アークを維持するため、85Vの電流が流れ続けます。そのため、印加する電流の出力に応じて、光をより白くしたり、やや青みがかった色、さらには紫がかった色にしたりできます。

キセノンヘッドライトが青い光を発するのはこのためです。一方、ハロゲン電球は黄色に近い光を発します。ハロゲン電球の場合、白みがかった青色の光は、工場で電球の周囲に組み込まれた着色フィルターによって実現されています。

まとめると、キセノン電球は複雑な技術ですが、エネルギー効率、出力、照明の色のいずれにおいても、登場当時はまさに革命的でした。ハロゲン電球とは異なり、その色合いは昼光に近いものです。キセノン電球はタングステンフィラメントを加熱してエネルギーを失うことなく、キセノンガスに点火するための電気アークだけを発生させるため、消費電力を抑えられます。そのため、キセノンヘッドライトはタングステン・ハロゲン電球より長持ちします。キセノンの寿命は約1 000～2 500時間であるのに対し、ハロゲン電球はわずか200～600時間です。

キセノンの主な特長は、3 000ルーメンの明るさと、わずか35 Wの消費電力です。これに対し、ハロゲン電球は1 500ルーメンで、消費電力は55 wattsです。キセノン技術は、ドライバーの視認性を高め、より明るい光束を提供します。キセノンヘッドライトはエネルギー効率に優れていますが、特に紫色および紫外線の領域で大きな電磁損失が生じる点にご注意ください。

車の各種ライト：LED電球

LEDは英語の「Light-emitting diode」の略で、日本語では「発光ダイオード」といいます。LED電球は、電流が流れると光を発する光電子システムです。電気エネルギーを、特定の色の光に変換します。キセノンやハロゲンとは異なり、LEDが発するすべての電磁波は、人間の目に見える可視光スペクトル内にあります。

LEDヘッドライトの起源

当初、LED技術を採用したヘッドライトは、超高性能スポーツカーや超高級車（Audi、Lexusなど）に限られていました。場合によっては、デイライト、ウインカー、 バックランプ、ブレーキランプにのみ使用されていました。しかし、2020年以降、「標準」とされる車両でも採用が増えています。LEDを車の照明全体に採用するフルLED仕様を選べる車両も増えています。LED技術の可能性を考えれば、これは当然の流れです。LEDは世界でも最高水準の発光効率を持ち、反応速度はミリ秒単位で、見た目も非常に優れています。自動車メーカーにとって唯一の難点は、ハロゲン電球を搭載した車よりもコストが高いことです。

LEDの普及と技術の進歩により、車用LED電球は大きく進化しました。市場に登場した初期のLED電球とはまったく違います。後付け用として販売された初期世代のLEDを覚えていらっしゃるでしょうか。これらのLED電球には、発光効率（100 Lm/W）の高いCOB（Chip on board）チップが搭載されていました。しかし、COBチップの光は照射角が広すぎたため、ロービームやハイビームで良好な道路照明を実現できませんでした。

当時販売されていたCOB LEDの多くは、運悪くこれらのLEDを搭載した車とすれ違う人にとって、まさに苦痛の種でした。ロービームでも、まぶしさは避けられませんでした。光が非常に拡散し、照射範囲も不正確だったため、重要な場所を照らせない一方で、木々の頂上まで広範囲を照らすことがありました。その結果、道路に向かう光の集中度が非常に低くなり、障害物が見えにくく、照射距離も短く、車検にも通らないという問題が生じました。この満足度の低い照明は、後付けLEDが登場した当初に悪い評判を招く大きな要因となりました。

現在のLED技術

現在、車の各種ライトの中でも、LEDヘッドライトは非常に高品質です。主に新世代の高出力CSPチップを搭載しており、その多くは100 Lm/Wを超え、最大180 Lm/Wに達します。最も高性能なCSP技術は、PIG（ガラス内蛍光体）タイプです。超高出力かつ高精度の小型LEDチップを、高品質PCB基板上に共晶接合で配置した構造です。照射角を狭く、正確に定めることで、非常に精密な照明と極めて高い光学密度を実現します。自動車照明の世界における真の革命です。

LED電球の中には、非常に高い光束を実現するものもあります。最大7 500ルーメン（総光束）、実使用条件で測定した光束は3 900ルーメンに達し、消費電力はわずか45 wattsです。これに対し、消費電力の大きい100 Wのハロゲン電球は、実測光束が2 200ルーメンです。35 Wのキセノンの光出力は実測で約3 000ルーメンで、現在のLEDの中には実測で約5 000ルーメンに達するものもあります。

熱管理という大きな課題

車用LED電球における最大の課題は、熱管理です。動作中、LEDチップは内部で多くの熱を発します。「オージェ効果」と呼ばれるよく知られた現象により、エネルギーの一部が熱として放散されます。高出力LED電球では、この現象がさらに顕著になります。そのため研究者たちは、LED電球に組み込むさまざまな冷却システムを研究室で開発しています。

LED電球の光出力に応じて、冷却方式は2種類あります。

• 低出力LED向けのパッシブ冷却です。多くの場合、非常に細かいメッシュ状に加工された複数のアルミ製フィンや銅製編組線を使った冷却システムを採用しています。
• 非常に高出力のLED向けのアクティブ冷却です。超伝導液体を使った熱伝導式の「Cooling Tube」システムと連動するファンを使用します。

LEDの寿命を最大限に延ばす鍵は、熱を排出する能力に直接関係しています。適切な冷却は、LEDの寿命と光出力を高めます。LED電球は最も長持ちする電球で、寿命は2 000～5 000時間です。多くの車両の寿命全体をカバーできるため、LED電球を交換する必要が一度もないかもしれません。従来のシステムよりも消費エネルギーが少ないため、魅力的な選択肢です。

ハロゲン、キセノン、LEDについて、車の各種ライトの特長と寿命をすべてご紹介しました。