1. Rear Lamp용 LED 개발 개요
소형 전자기기의 사용에만 국한되었던 LED(Light Emitted Diode)가 급속한 기술발전으로 다양한 응용분야에서 폭넓은 활용이 가능하게 되었다. 저전력과 친환경적인 반도체 소자인 LED의 특성을 적용한 Automotive LED분야가 점차 확대되고 있다.

글 / 이충우 (현대 IHL)
출처 / 한국자동차공학회 오토저널 2011년 7월호

최근 자동차는 전자제어기술의 혁신적인 발달과 함께 안전을 위한 첨단화 및 지능화 속에서 자동차 등화장치 분야에도 신기술이 적용되고 있다. 조명과 신호용으로 단순하게 사용하던 것에 전자제어기술이 접목되면서 최적의 운전에 적합하도록 자동차 램프 시스템이 발전되고 있는 것이다. 국내외의 제작사 및 부품업체의 기술적인 뒷받침에 의한 획기적인 디자인연구개발을 통해 다양한 형태와 성능을 가진 램프디자인 개발을 진행하고 있다.

<그림 1>에서 보는 것 같이 현재까지는 광원은 Bulb Type이 주류를 이루고 있으나 LED와 신소재 재질을 이용하여 다양하고 혁신적인 램프들이 최근 모터쇼를 통해 많이 선보이고 있다. 특히, Rear Lamp는 디자인 주기가 짧기 때문에 가장 유행에 민감하고, 새로운 시도가 용이하다. 외관상 보이는 기술적 진보로 다양하고 새로운 기능의 스타일 구현이 가능하여 브랜드 특성을 나타내는 필수요소로 거듭나고 있다.

2. LED 국내외 시장분석 및 개발동향
LED 시장은 용도에 따라 Mobile용, Automotive용, Display용, 조명용 등으로 구분된다. <그림 2>와 같이 지난 2010년에는 LED 시장에서 Mobile과 대형 LCD분야가 가장 높은 비율로 50% 이상을 차지했고, Sign/Display 14%, 그 외 조명용 8%, Automotive 7%, 기타 분야가 16%를 차지했다. 우리 정부가 LED 응용분야를 신성장동력으로 지정하여 각종 기술개발 지원 및 시장수요를 위한 노력 및 녹색에너지 창출 노력을 함에 따라 LED 소재를 활용한 다양한 시장이 팽창 중이다.

다만, 아직은 기존 조명과 비교하면 가격 측면에서의 열세로 수요가 떨어지는 문제점을 안고 있지만 긍정적인 측면으로 단가는 계속하여 하향세로 향하고있다. 지금까지 LED분야에서 가장 큰 시장을 견인해 오던 Mobile 분야가 포화현상으로 인해 시장이 정체될 것으로 예상되는 반면, 조명 분야에서 앞으로 높은 성장률을 보일 전망이다.

국내 LED 시장 규모는 오는 2015년 15조 7,000억 원으로 형성될 것으로 전망하고 있다. 이는 한국의 LED 시장 점유율이 세계 기준으로 오는 2012년 12%, 2015년에는 15.3%로 커질 것이라는 분석이다.

국내 기업을 분석해보면, 삼성 LED는 앞으로 LED 조명, 자동차용 LED 조명 등으로 사업 영역을 확대해 나갈 계획으로 삼성 LED의 강점으로 삼성전기의 LED 기술과 삼성전자 반도체 양산 기술이라는 인프라를 접목해 빠른 속도로 커 나가고 있다. 또한, 삼성 LED는 에피웨이퍼(원판)와 칩, 패키지, 모듈, 조명에 이르기까지 LED 전 공정을 아우르는 기술력과 제조 역량을 보유하고 있다는 강점이 있다. 삼성 LED는 이러한 경쟁력을 바탕으로 지난해 1월 미국 조명기업 애큐티 브랜즈(Acuity Brands Lighting)와 제휴, 미국시장 공략에 나섰다. 지난해 4월부터 현대모비스와 공동으로 자동차 LED 헤드램프에 대한 공동개발에도 착수했다.

금호전기는 자동차용 LED 실내등 램프도 선보이며, 빠르게 변화하며 확대되고 있는 LED 시장 공략을 강화하기 위한 보급형 제품과 다양한 신제품을 선보이기로 했다. 만약에 발생할 수 있는 차량 화재 예방을 위해 과전압 방지 보호회로를 탑재한 제품을 개발하여 전 차종에 장착할 수 있도록 관련 특허를 출원 중이다.

한편 세계 LED 시장은 <그림 3>과 같이 일본의 니치아, 도요타 고세이, 독일의 오스람, 루미레즈, 미국의 크리 등의 회사가 기술을 이끌어가고 있다. IMS리서치에 따르면 세계 LED 시장 분석조사 결과에서 세계 3대 LED 패키지 기업으로 꼽히는 Nichia와 Osram, Philips에 이어 국내 기업인 서울반도체가 4위를 기록했다. 5,000여개 이상의
특허와 기술력은 서울반도체의 강력한 무기로 LED 칩부터 패키지까지 수직 계열화되어 있으며 세계 유일의 교류전원용 LED 아크리치(Acriche)까지 다양한 제품을 선보이고 있다.

하지만 현재까지는 외국기업에 비해 다소 기술적 격차가 난다고 보는 관점에서 해외 선진국의 기술 봉쇄정책과 중국의 저가공세, 대만의 기술력 급상승 등 국내 LED기업들이 나아가야 할 많은 난관 속에서 산업 및 개발 인프라 구축에 충실하고 전략적이며 지속적인 기술대응 및 연구개발에 대한 투자에 정진해야 할 것으로 보인다.

일본의 Nichia가 세계 시장의 1/4을 차지할 정도로 강세를 보이고 있으며, Nichia를 중심으로 LED Big 5기업들이 특허관련 라이센스를 체결하여 네트워크를 구성하고 있다.

자동차용 LED는 1990년 초부터 적색의 HMSL(Centered High Mount Stop Lamp)에 사용되었고, 긴수명, 슬림 사이즈, 빠른 응답성 등의 장점으로 최근 빠른 속도로 차량 내외장 램프에 사용되고 있으며, 방향지시등, 브레이크등, 실내 계기판 등으로 확대되는 추세이다.

특히, 유럽에서 가장 빠르게 LED가 자동차에 적용되고 있으며, 현재 80% 이상의 차량에 LED가 적용되고 있는 것으로 보인다. 현재까지는 가격문제로 인하여 고가의 차량에 주로 적용해 왔으나, 최근 중∙저가형차량에도 적용되기 시작하여 백색 LED휘도의 증가로 FOG, Back, Stop등에도 장착되기 시작하였다. 세계적으로 연간 생산되는 차량대수는 6천만대 정도로 차량 한 대에 장착되는 LED 수량을 감안하였을 때 전체 수요량은 Mobile에 사용되는 LED규모와 비슷한 규모로 추정되며 차량용 LED는 악조건 속에서도 동작이 가능하며, 법규를 만족하는 고품질의 제품이 적용되므로 가격측면에서 Mobile 시장을 뛰어넘는 대규모 시장이 형성될 것으로 예상된다.

LED의 기술적 측면과 개발방향에서 LED의 문제점인 방열의 문제를 개선하는 것이 시급하다. LED는 발광효율은 높아지고 있지만 아직 LED칩에 대한 방열은 높은 편이라 LED의 장시간 수명을 보장하지 못한다.

LED 방열은 LED의 수명 및 신뢰성과 직결되는 문제이기에 이에 대한 기술연구가 절실하다. LED의 가장 중요한 문제점인 방열대책에 대한 기술적 측면에서 국내외 기업을 살펴보자. 기술적 측면에서 일본 우시오라이트사는 LED 발광 소자의 고밀도 기술과 LED 방열 문제를 해소하는 방법을 구사하여 독자적으로 세계 최초의 고집적 LED 모듈을 개발하였다. 오차범위가 30㎛의 정밀도로 기판 1㎟ 당 약 1.76개의 발광소자 마운트를 가능하게 하였으며 마운트에서 LED의 가장 큰 문제인 방열을 해소하기 위해 기판의 소재를 개발하고 새로운 접착방법을 시도하여 신뢰성과 고품질의 LED를 실현하였다. 국내 기업인 대진 디엠피는 발열문제를 해결하기 위해 공기구멍과 팬을 사용한 공랭식 기술을 적용하여 흡기 팬으로 흡입된 외부의 차가운 공기를 모듈 내부로 흘려 열을 냉각하는 방식으로 더워진 공기와 차가운 공기의 순환을 완성하는 과정이다.

Heat Sink를 직접 부착하는 대신 램프 내부를 일부 노출시켜 노출된 Heat Sink 일부를 통해 열을 공랭하는 방법이다.

3. LED를 적용한 Rear Lamp 트렌드 변화
최근 자동차 램프 디자인의 트렌드를 보면 <그림 4>, <그림 5>와 같이 다양하고 새로운 형상들이 선보이고 있다. 자동차용 조명기기의 기술적인 발전은, 조명기기에서 중요한 부분을 차지하는 광원의 고휘도화, 저전력화 및 고효율화 등 조명기기의 기능에 부합하는 방향으로 발전하고 있다. 또한, 적합한 배광, 중량경감, 차체와의 일체화 등의 요구를 충족시키는 조명기구의 설계와 제작도 중요한 부분을 차지하고 있으며, 이러한 기술적인 뒷받침과 조합에 의한 자동차 램프 디자인은 자동차 디자이너들이 더욱 혁신적이고 독특한 디자인 조형의 특징을 보여줄 수 있게 한다.

자동차 외장 램프 디자인이 Hi-Tech 기술과 접목되면서 디자인 역시 변화하고 있다. 현재의 소비자는 가격과 모양만을 생각하는 단순한 소비자에서 개성이 드러나는 창조적인 면까지 생각하는 소비자가 되었다.

이런 소비자의 요구에 부합하기 위해 신배광 컨셉 이미지 램프의 개념이 확장되어 단순히 빛을 밝히는 기능을 넘어 차량의 컨디션을 컬러로 표현한다거나 도로교통 상황을 다른 운전자가 쉽게 인지할 수 있도록 표시하고 자동차가 눈을 뜨듯 램프가 켜지는 등 인간의 감성을 자극하는 새로운 컨셉의 램프 디자인 방향으로 발전해나갈 것이다. 이러한 상황에서 자동차는 운송수단이라는 기능 이외에 사회와 개인의 감성 욕구를 만족해야 하는 역할이 점점 더 요구되고 있다. 따라서 향후 차세대 신배광 컨셉은 다양한 표면패턴 및 자체발광 신소재의 개발로 기존 램프와는 다른 신광학 컨셉 램프로 진보할 것이다. 빛을 비춰주고 반사되는 원리만을 위한 램프 디자인이 아닌 움직임이 있는 모듈디자인과 재질의 컬러 변화를 시각적으로 표현할 수 있는 다양한 재질의 효과를 보여줄 수 있는 디자인 연구가 필요하리라 생각한다.

자동차 디자인을 공부하고 연구하는 디자이너들에게 자동차 램프의 빛은 미래를 비추는 중요한 요소이다. 세계적 디자인 추세에 따라가기보다는 기술력과 창의력으로 선제적 대응을 할 수 있도록 미래를 읽고 연구해 나가는 자세가 필요하다.

4. 결론
현재 세계 자동차 시장에서는 자동차 외관을 결정하는 요소로서의 Lamp의 중요성을 강조하고 있다. BMW의 경우 LED를 이용한 Light Guide를 Family Look으로 구현하고 있으며 Audi의 경우도 LED를 활용한 독창적인 디자인을 구현하고 있다. 차량의 에너지 절감 및 경량화 추세에 맞춰 친환경적이고 에너지 절감을 위해 Lamp에 있어서의 LED를 활용한 다양한 디자인의 개발이 요구되고 있다. 앞으로 LED를 활용한 화려한 디자인을 만나 볼 수 있을 것이다.