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아우디가 LED와 OLED로 빛을 재창조하는 방법

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글 : 채영석(charleychae@global-autonews.com)
승인 2020-12-05 08:45:27

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야간 주행 중 진행 방향의 시야를 확보해 주는 자동차의 헤드램프는 1885년 칼 벤츠가 최초의 랜턴식 전조등을 장착하면서 시작됐다. 1898년부터 전기식이 사용되었고 1944년에 제논 램프가 등장했다. 물론 주류는 진공관 타입에서 시작해 할로겐 타입을 거쳐 2010년경까지는 HID와 제논 타입이 대세를 이루었다. 기술적인 발전이 다른 분야에 비해 크지 않은 이 분야에 새 바람을 불어 넣은 것이 아우디다. 아우디는 LED를 자동차 헤드램프로 사용하면서 기술적인 진보와 더불어 디자인에서도 획기적인 발전을 가져오게 했다.

 

헤드램프는 카바이드로 시작해 전구, 실드빔 램프, 할로겐 헤드램프, HID (제논 램프)로 진화하고 현재는 LED가 자동차 내 외장 조명과 등화에 폭 넓게 사용되고 있다. 할로겐 램프 자체는 1960 년대에 실용화되어 있었지만, 자동차의 헤드램프로 보급되기 시작한 것은 1980 년대였다. 

 

1990 년대에는 HID와 HID를 이용한 프로젝터 헤드램프가 붐이었다. LED 헤드램프는 2010 년 12 월에 글로벌 데뷔한 닛산 리프가 처음 채용했다. 하지만 본격적으로 일반화되기 시작한 것은 2014 년 아우디가 헤드램프의 광원으로 레이저 방식의 장거리 하이빔을 R8 LMX에 채용하면서부터였다.  

 

1960년대부터 자동차 디자인에 기능성이 중시되면서 자동차 헤드램프의 디자인도 슬림형과 각형이 번갈아 가며 유행했다. 오늘날에 비하면 한계가 있을 수밖에 없었지만 자동차 디자이너들은 헤드램프의 디자인만으로 앞 얼굴의 이미지를 만들기 위해 많은 노력을 기울여 왔다. 기술적인 면에서도 코너링에서의 조사각의 변화 등 적지 않은 발전을 이루어 왔다.

 

아우디는 LED 램프를 자동차에 채용하면서 성능은 물론이고 디자인의 자유도까지 넓히며 이 부문에서의 트렌드 세터로 확고하게 자리잡았다. 지금은 많은 자동차회사들이 LED 램프를 채용하고 있다.

 

능동적 안전이라는 측면에서 조명 기술의 중요성도 간과할 수 없다. 무엇보다 아우디가 LED 헤드램프를 채용한 이후 대부분의 자동차에 일반화되어 있는 지금 어댑티브 램프 기술 등 조명 기술은 교통 환경에 영향을 미치는 주위의 요소들에 대해 반응하고 있다. 주변의 상황을 센서나 적외선, 내비게이션 정보 등을 수집해 최적의 조명을 한다.

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이런 조명 기술의 발전은 필요에 의한 것이기도 하다. 유럽연합 유럽위원회는 2011년부터 27개 가맹국에서 판매되는 모든 신차들을 대상으로 주간 헤드램프 설치를 의무화하기로 했었다. 주간 헤드램프를 켜고 운행할 경우, 맞은편에서 오는 차량이나 보행자의 차량 접근을 인식하기 쉬워져 교통사고로 인한 사망건수를 3-5% 가량 줄이는 효과가 있는 것으로 알려져 있다.

 

이 때문에 일조량이 적은 노르웨이 등 북유럽에서는 20세기 말부터 주간주행등 장착을 의무화해 왔다. EU가 설치를 의무화한 것은 광량을 억제한 전용 헤드램프로 엔진 시동을 걸면 자동으로 램프가 점등되는 구조로 에너지 소비량이 야간용에 비해 10-30% 정도에 불과하다. EU는 2011년 2월부터 승용차를 대상으로 설치를 의무화했으며 트럭과 버스는 2012년 8월부터 적용했다. 

 

LED가 헤드램프에 이용될 수 있게 되자, 렌즈나 반사경 등 배광을 제어하는 방법에도 변화가 생겼다. 할로겐이나 제논 필라멘트 발열이나 전극의 방전 불꽃이 광원의 원천이지만, 램프를 구성하는 유리 전구가 필요하다. LED는 작은 칩이 측면에서 발광하기 때문에 광원의 크기, 모양이 디자인하기 쉽다. 이로 인해 조명과 에너지 효율이 모두 향상됐다. 

 

스마트해지는 램프, 커뮤니케이션 기능까지

 

오늘날 디지틸화는 완전히 새로운 잠재력으로 또 다른 혁신을 제공하고 있다. 빛이 스마트해지고 있는 것이다. 신호를 통해 자동차는 주변 환경과 상호 작용한다. 2003 년 아우디는 이미 자동 헤드램프 범위 제어 기능이 있는 어댑티브 램프를 채용했다. 아우디 A8이 2010 년 앞 유리에 있는 카메라로 다른 도로 사용자를 감지하기 시작하기 전의 일이었다. 2 년 후에는 R8에 지시된 방향 변화를 감지할 수 있는 동적 방향지시등의 도입으로 안전성을 크게 향상시켰다. 

 

LED 헤드램프는 칩의 모양과 배치에서 배광 패턴의 자유도를 크게 향상시킨다. LED 매트릭스에 문자나 그림을 표현하도록 배광 패턴을 매트릭스 셀마다의 ON/OFF에 임의의 빛의 형상을 만들 수 있다. 물론 미세한 패턴 생성에 프로젝터 기술을 응용한 물리적 셔터와 액정 셔터를 이용할 수도 있다.

 

현재 어댑티브 헤드램프로 총칭되는 구조는 LED 헤드램프에 의해 실현되고있다. 이전에는 기계적으로 램프와 반사경의 방향을 바꾸어 광축을 늦추는 것뿐이었지만 카메라 이미지와 센서 정보를 이용하여 자동으로 하이빔과 로우빔을 전환하거나 마주 오는 차량과 선행 자동차, 보행자만을 피하는 배광을 만들거나 진행 방향에 자동으로 배광 영역을 넓히는 것 등이 가능하게 됐다. 

 

아우디는 2013 년에 풀 LED 헤드램프를 A3에 탑재하고 A8은 매트릭스 LED에 의한 적응형 전조등 (상향)을 실용화했다. 2017 년, 아우디는 R8 LMX로 데뷔 한 이후 A8 럭셔리 세단의 추가 하이빔 조명으로 레이저가 포함된 HD 매트릭스 기술이 적용된 LED 헤드램프를 선보였다. 이는 대규모 생산을 가능하게 했다는 점에서 혁신이었다. 2019 년에는 디지털 매트릭스 LED (DML) 헤드램프를 e트론 및 e-트론 스포츠 백에 채용했다. DML은 헤드램프에서 벽에 기호나 특정 형상을 투영 할 수 있을 정도 프로그래머블하고 지능형 전조등이다.

 

이러한 헤드램프는 지금까지의 자동차에서 볼 수 없었던 것과 비출 수 없었던 영역을 선명하고 안전성을 향상시키는 것은 물론, 주위에 자차의 존재를 인식하게 하고 자차의 작업 또는 거동을 알리는 기능도 채용하고 있다. 일종의 커뮤니케이션 기능이다. 예를 들어, 옆 차선에서 자신의 차선으로 배광이 퍼져 오면 차선 변경을 하려고 하는 신호로 인식한다. 간단한 문자나 기호를 노면에 투영해 횡단하는 보행자에게 신호 및 지침을 줄 수 있다. 

 

아우디는 2020 년에 DML 기술을 OLED (유기 LED)에 응용한 조명을 Q5에 채용했다. OLED를 사용한 리어 컴비내이션 램프는 2016 년 TT RS에서 실용화했다. DML 및 디지털 OLED를 제동등과 방향지시등, 헤드램프 디자인으로도 이용하고 있다. 이들은 흐르는 방향 지시등이나 제동등의 점멸 패턴에 독창성을 내거나 헤드램프 부분의 디자인을 만드는 것뿐만 아니다. 

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점등 순서와 헤드램프의 디자인을 바꿀 메시지와 의미를 가질 수도 있다. 제동등의 점멸 패턴에 급 브레이크를 표현하는 응용도 생각할 수 있다. 

 

OLED 광원은 반도체 결정을 사용하는 LED와 같은 점 광원과 달리 패널 방사체다. OLED의 장점으로는 빛이 매우 균일하다는 것을 들 수 있다. 무한히 디밍이 가능하며 매우 높은 콘트라스트를 달성한다. 세그먼트로 나눌 수 있다. 이러한 세그먼트는 개별적으로 제어 할 수 있으며 세그먼트 사이의 간격을 최소화하면서 다양한 수준의 밝기를 개발할 수 있다. 조명 장치에는 반사경, 광섬유 또는 유사한 광학 장치가 필요하지 않다. 이것은 OLED 장치를 매우 효율적이고 가볍고 평평하게 만들어 설계의 자유를 상당히 증가시킨다. 

 

OLED 조명 요소는 두께가 1mm에 불과하지만 기존 LED 솔루션은 설치 깊이가 20 ~ 30mm로 훨씬 더 필요하다. OLED의 에너지 요구 사항은 LED 광학이 유사한 균질성을 달성하기 위해 현저히 낮다. 아우디의 OLED 기술은 2016 년 TT RS의 미등으로 데뷔했다. 지금까지 OLED 조명 기술을 사용하는 아우디 모델에는 개별적으로 정의된 조명 설계에 사용할 수 있는 개별적으로 제어 할 수 있는 복잡한 조명 세그먼트가 최대 4 개까지 있었다. .

 

아우디는 매트릭스 LED 헤드램프를 디지털화하는 동시에 더 많은 다양성을 추가하고 있다. 신형 Q5의 디지털 OLED 리어 램프는 올해부터 카투엑스(Car to X) 통신을 개척했으며, 처음으로 차량 구성시 가능한 새로운 미등 설계를 선택할 수 있게 됐다.

 

OLED는 반도체 칩을 사용한 일반 LED와 달리 매우 얇은 필름으로 면 발광시키는 것이 가능하다. 따라서, 테일램프 본체를 얇게 만들 수 있다. 발광 소자가 필름 형태이기 때문에 구부림과 입체적인 형상에도 적합하다. 펜더에서 리어 쿼터로 회전하는 듯한 디자인도 가능하고, 방향 지시등의 시인성 향상으로도 이어진다. 

 

설계의 자유도도 높아지지만, 또한 디자인 및 개발과 생산 기술과의 거리도 단축할 수 있다. 복잡한 형상이나 한정된 공간에서도 램프와 반사경을 포함해 위치를 신경 쓰지 않고 차체 설계 및 생산 라인의 구축이 가능하다. 

 

도로를 지능적으로 비추는 것 외에도 아우디는 독특한 시그니처와 동적 조명 시나리오를 사용해 개성있는 디자인을 완성하고 있다. 모델에 따라 다양한 조명 시그니처 옵션이 제공되며 그로 인해 차별화가 이루어진다. 역동적인 방향지시등 또는 출근 및 퇴근 기능의 인상적인 시나리오는 빛이 감정을 자극하게 만든다. 앞으로도 조명 기술은 운전을 더욱 안전하게 만들고 각 모델의 개성을 더욱 눈에 띄고 외부 커뮤니케이션을 더욱 효과적으로 만들 것이다.

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