완성차 업체들의 경쟁 영역으로 조명이 새로운 전장으로 대두되고 있다. 아우디와 같은 프리미엄 완성차 업체는 일찍부터 제품 차별화의 일환으로 LED나 RGB LED를 헤드램프, 인테리어에 적용했다. LED는 현재 헤드램프를 제외한 전 분야에 걸쳐 중형 세단에서 소형 자동차까지 빠르게 채용이 늘고 있다. 오스람 LED 기술을 이용해 자동차 헤드램프를 생산하는 헬라(Hella)의 사례를 집중적으로 들여다본다.

자동차 시장에서 소비자가 완성차 자체의 성능 못지않게 꼼꼼히 따져보는 항목은 안전성과 디자인, 그리고 최근에 더욱더 그 중요성이 부각되고 있는 연비와 배출가스와 같은 친환경성이다. 이러한 모든 조건을 만족시키는 조명이 바로 LED 광원을 이용한 조명이다.
LED 광원은 순간 점등이 가능하고 최고 휘도를 바로 낼 수 있으며 수명이 길다. 또 태양광에 가까운 색 온도를 갖기 때문에, 빛이 조사되는 부분의 주변부를 어둡게 느끼는 현상이 적어 특히 안전성에서 좋은 평가를 얻고 있다. 디자인 면에서도 스타일리시 하고 유연성이 높다.
지난해 전 세계 자동차용 LED 조명 시장은 9억 8,600만 달러 규모였으며 오는 2014년 21억 6,200만 달러 규모로 연평균 22%의 성장률을 기록할 전망이다.

헬라, 차량 ‘조명’의 달인
독일의 자동차 부품 업체인 헬라는 독특한 스타일에 유연함까지 선사하는 LED 조명 시스템을 신형 아우디 A6에 공급했다. 어댑티브 프론트 라이팅(Adaptive Front Lighting, AFS) 기능이 적용된 풀-LED 헤드램프 시스템은 A6에 제공하는 4가지 옵션 중 하나다. 64 LED를 이용한 헤드램프는 도심, 교외, 고속도로 등의 운전 상황이나 날씨 악화에 대응하여 자동으로 최상의 조명 패턴을 선택한다.
헬라의 카메라 제어식 LED 램프를 이용해, 윈드실드 뒤의 카메라가 마주 오는 차량을 발견하면 프런트 빔 형상을 조정해 마주 오는 차량에 탑승한 운전자의 눈부심을 경감하는 동시에 모든 운전 상황에 맞게 최고의 조명 범위를 선택한다. 전방에 마주 오는 차량이 있으면, 자동으로 로우빔으로 전환된다.
카메라 제어식 LED 램프 장착 차량은 강우 센서 및 조도 센서의 데이터와 내비게이션 데이터를 고려하여 차량 램프를 제어해 안전성 향상에도 기여한다. 예를 들어, 내비게이션 시스템에서 들어오는 입력에 따라 교차로가 가까워지면 하이빔으로 전환되어 멀리까지 볼 수 있도록 해 보행자와 자전거, 다른 차량 등을 신속하게 발견할 수 있도록 도와준다. 또한 전통적인 안개등 이상의 넓은 라이트 스펙트럼을 제공해 폭우나 안개 속에서도 탁월한 시야를 보장한다.
헬라는 이미 글로벌 완성차 업체들의 2013년~2016년형 40개여 모델에 LED 헤드램프를 공급하기로 돼 있다. 현재의 LED 조명은 최고급 럭셔리 자동차에서나 옵션으로 채택되고 있지만, 헬라는 미드레인지와 그 이하의 세그먼트 모델에 LED 조명을 공급하게 된다.

LED는 색상, 수명, 스타일링 면에서 HID, 할로겐보다 뛰어나다. 차량용 애플리케이션으로서 요구되는 에너지 절감과 기계적인 부품이 없이도 광원을 조작할 수 있는 능력 등도 개선돼 가고 있다.
헬라의 조명개발 사업부 미하일 클라인케스(Michael Kleinkes) 부사장은 “시장에 출시돼 있는 시스템들은 기술적으로 HID와 전력소비가 거의 동등하거나 조금 높지만 조만간 전력 소비가 더 적은 LED 시스템이 개발될 것이다”며 “AFL 등 많은 상용화 시스템이 기계식 부품을 사용하지만 5~10년 내에 헤드램프에서 대부분의 기계식 부품이 사라질 것”이라고 전망했다.
비용은 여전히 큰 이슈다. 스테픈 피트존카(Steffen Pietzonka) 마케팅 부사장은 “비용을 낮추기 위해서는 LED 시스템의 부분 단가를 낮추기 위한 표준화가 요구된다”며 “표준화의 대상에는 제 각각인 LED 모양처럼 제 각각인 구동 회로(driver circuit) 등이 포함된다”고 지적했다.
LED 구동 회로는 LED 배열 구조와 맞물려 전체 시스템의 성능을 결정짓기 때문에, 최근 많은 기술개발과 회로 표준화 방안에 대한 연구가 진행되고 있다.

차내에서의 역할
헬라는 스타일링 측면에서 LED의 강점을 강조한다. 피트존카 마케팅 부사장은 “헬라의 LED 시스템은 스타일링에서 다른 럭셔리 자동차로부터 아우디 A6를 확연히 차별화시켰다”고 강조했다.
헬라의 허버트 밤스간스(Herbert Wambsganss) 박사는 LED 인테리어 조명이 그 기술의 적절성을 증명함으로써 고객이 차량을 선택할 때 큰 영향을 미치고 있다고 말했다. 그는 “차내에서 앰비언트 라이트(Ambient Light)는 현재 위치한 공간을 이해할 수 있도록 돕는 주변 조명(surrounding light)이라는 명제로부터 시작되는데, 이는 아키텍처 및 차량 실내조명의 기본 컨셉이다”라며 “앰비언트 라이트의 색상과 분위기가 탑승자의 웰빙에 큰 영향을 미친다”고 말했다.
LED를 이용한 실내조명은 운전자의 취향을 반영할 수 있다. 이같은 아이디어는 이미 아우디 A8의 실내에 도입되어 구체화됐다. 메르세데스 벤츠 S클래스의 경우, 폴라 화이트, 아이보리 화이트, 루비 등의 세 가지 옵션이 제공된다. 벤츠의 브로셔에는 앰비언트 라이트 시스템과 헬라와 포레시아가 공동 개발한 패브릭 기반(fabric-based) 조명 기술이 화제가 되면서 구매자들을 유혹했다.
물론, “이같은 형태의 무대 조명이 과연 필요할까?”라는 의문이 있을 수 있다. 밤스간스 박사는 “우리는 도광(light guide)과 LED로 서라운드 조명 시스템을 개발, 설계한 뒤 최초로 실제 구현된 차량에 탑승해 토론을 벌렸다. 그러나, 누구도 앰비언트 라이트의 채택률이 얼마나 될 지 가늠할 수는 없었다”고 말했다.
앰비언트 라이트는 BMW 7시리즈에만 탑재됐다. 메르세데스 S클래스는 새로운 옵션이었다. 헬라와 메르세데스는 고객의 30~40%가 앰비언트 라이트 기능을 선택할 것으로 예측했다. 그러나 차가 막상 출시되자 거의 모든 고객들이 이 조명을 주문했다. 브로셔의 사진과 디자인은 매우 훌륭했고 고객들은 그들이 갖게 될 조명의 기능과 감성에 빠져 들었다.

밤스간스 박사는 “PC, 핸드폰, 소셜 네트워킹 웹사이트의 대중성을 감안할 때, 이러한 트렌드는 모든 자동차 부문으로 확대될 것이다”며 “소비자들은 소유 상품의 개인화를 원한다”고 강조했다.

제3의 조명
헬라는 차량 내부와 외부의 가교가 될 새로운 조명 시스템을 개발 중이다. 가교란 것은, 예를 들어 밤에 주차장에 접근할 때 차가 운전자의 존재를 알아채고 조명을 통해 알리는 것이다. 키팝을 누름으로써 차는 밝은 실내 상태를 구성하는 동시에 도어 근처의 포어 필드(fore field) 조명을 켜는 식이다. 또 다음 단계에서 운전자가 차 문을 열면, 운전석과 윈드실드 전면부는 밝은 상태로 남아 있지만 실내의 다른 위치는 어두워진다. 따라서, 운전자와 탑승자에게만 초점을 맞춰 밝게 불이 켜진 좌석이 구현돼 일종의 환경 메시지가 된다. 차량의 GPS를 통해 특정 운전자의 핸드폰을 감지해 10 m 반경 내에 접근 시 적절한 조명 체계를 설정할 수도 있다.
헬라는 OEM에게 차량을 특화시키는 구체적인 방법을 제시한다. 조명을 통해 차량 시스템에 저장된 운전자의 고유 스토리 북을 만들 수 있도록 하고 특정 이벤트로 차량의 조명 시스템으로부터 개별 응답을 유발할 수 있도록 하는 것이다. 차량에 접근, 도어 잠금 해제, 문 열기, 착석, 엔진 시동 등의 이벤트에 따라 앰비언트 조명과 방위 조명(orientation lighting)의 변화, 그리고 조명의 위치와 색상, 밝기 등을 맞춤화할 수 있다. 동작은 키팝, 핸드폰, 생체인식 락 등에 의해 가능하다.
밤스간스 박사는 “수년 내에 이같은 스토리 북을 웹 사이트에서 다운로드 받을 수 있을 것이다. 고객은 헬라 또는 아우디, BMW, 메르세데스 벤츠 등의 사이트에서 색상 설정을 맞춤화하고 고유의 자동차 스토리 북을 가질 수 있을 것”이라고 소개했다.
헬라는 이같은 감성 조명이 카 메이커의 시장 점유율 증대는 물론, 시장 방어에 효과적으로 작용할 것으로 믿고 있다.  ES

차량용 조명을 넘보는 OLED

유기 발광 다이오드(Organic Light-Emitting Diode, OLED)는 1950년대에 처음 소개됐다. 전기가 통과할 때 발광하는 나노미터 단위의 유기물 박층으로 제작되는 반도체다. LED와 달리 OLED는 색상을 제공하기 위한 필터층이 필요없다. OLED는 종이만큼 얇고 효율이 좋으며 제작이 간단해 다양한 스타일링의 기회를 부여한다.
아스트론 피암(Astron FIAMM)의 공동창업자 브루노 뒤상떼 비달렌틴(Bruno Dussert-Vidaletin)은 자동차의 모든 인테리어 및 테일 시스템은 표면 광원을 위한 직접적인 애플리케이션을 갖는다며 OLED의 장점을 열거했다. 그는 “하나는 발생하는 모든 조명이 유용하다는 것이다. 이는 빔 성형 또는 빔 적응 설계 및 스타일을 위해 OLED 앞에 광열(optical train)이 없다는 것을 의미한다. 또 다른 하나는 표면 광원으로 초박형 소자라는 점이며 기존 LED와 달리 광출력으로 발생하는 열 에너지를 제거하기 위해 냉각 시스템이 제공하는 핫스팟이 필요없다”고 말했다.
운전자 디스플레이는 인테리어 및 테일 조명과 함께 중요한 적용 분야다. 예를 들어, 2010년형 렉서스 RX SUV가 2차 OLED 디스플레이를 장착했고, 폭스바겐도 이 기술을 이용한 컨셉트카를 선보였다. 또 많은 OEM과 OLED 제조업체들 간 협의가 이루어지고 있다.
광범위한 적용을 위해선 해결해야 할 문제도 많다. 예를 들어, OLED는 차량용 애플리케이션 용도로 실제 후막(thick film) 구성에만 적합하다. 또 OLED는 습기와 85도 이상의 고온에 약하다. 비달렌틴 사장은 “OEM과의 개발 프로그램 상황에 따라 향후 3년 내에 제품이 상용화될 수 있을 것으로 예상한다. 가격을 고려할 때 부품은 기존 LED보다 비싸지만 통합의 용이성으로 인해 시스템 비용이 감소해 OEM들이 기꺼이 OLED에 값을 지불하려고 할 것”이라고 전망했다.

EL, 박막 인테리어 애플리케이션

차량용 인테리어 애플리케이션으로 LED의 또 다른 대안 중 하나로 전자발광(EL) 조명을 꼽을 수 있다. 이 기술은 새로운 것이 아니다. 이미 1960년에 크라이슬러가 EL 인스트루먼트 패널을 도입했고, 1966년 닷지 차저에 이 기술이 적용됐다. 최근 사례로는 소형차의 게이지와 다이얼 등이 있다.

루미텍(Lumitec)의 에밀 앤츠(Emil Enz) CEO는 “EL 조명 시스템은 완전히 균일한 조명을 제공한다. 램프 두께는 50~100 μ으로 얇으며 작동 중에 열이 발생하지 않는다”며 “램프는 전력 소비가 적고 수명이 길다. 각각의 개별 부품은 독립적으로 적용 가능하며 밝기는 간단히 조절된다. 또 색상은 정밀한 협대역으로 방사된다”고 말했다.
루미텍은 2002년 바이어(Bayer)와 공동 개발한 SST(Smart Surface Technology) 프로세스를 이용한 EL을 제공하고 있다. 이 공정을 이용하면, 3차원 형상으로 성형돼 열가소성 수지 사출을 통해 실링 유닛을 제공하는 EL 레이어를 갖는 인쇄 투명 박막을 만들 수 있다.