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구상 교수는 기아자동차 디자인실에서 크레도스 책임디자이너를 역임했으며 기아자동차 북미디자인연구소 선임디자이너를 지내기도 한 자동차디자인 현장에서 잔뼈가 굵은 자동차 전문 디자이너입니다. 현재는 디자인학부 교수로 일하고 있습니다. 이론과 실무를 겸비한 구상교수의 자동차 디자인 이야기는 독자여러분에게 새로운 시각을 제공할 것입니다.

자동차의 인상을 좌우하는 헤드램프(head lamp)

페이지 정보

글 : 채영석(webmaster@global-autonews.com)
승인 2006-06-03 07:49:40

본문

자동차의 인상을 좌우하는 헤드램프(head lamp)

자동차의 앞모습에서 헤드램프는 스타일적인 측면에서나 기능적인 측면에서 매우 중요한 역할을 하게 된다. 밤길을 비춘다는 기능적 측면이 아니더라도, 차량의 첫인상을 결정하는 역할을 하는 것이 대부분 헤드램프의 이미지에 의해서 이기 때문이다. 일반적인 관점에서 본다면 자동차의 앞모습은 대부분 마주 오는 차를 순간적으로 보는 경우가 대부분이고, 뒷모습은 앞차를 뒤따라가면서 비교적 긴 시간동안 관찰하게 되기 때문에, 차량의 앞뒤 모습의 스타일적 특징은 전혀 다르다. 대개 뒤에 차명을 비롯한 글씨를 많이 붙이고, 앞모습은 공격적이고 날카로운 이미지를 주는 것도 이러한 이유에서이다.

자동차가 발명되어 발전하던 초기에는 전기식 헤드램프가 발명되지 않아 석탄가스나 아세틸렌 등을 이용한 등잔과 같은 구조와 형태의 것을 차량의 앞쪽에 달고 다녔는데, 그것은 1910년대까지 쓰였다. 그런데 필라멘트(filament)를 이용한 전구가 발명되어 전기로 켜는 헤드램프가 처음 나온 것은 1905년이었다. 그것이 오늘날의 헤드램프에까지 발전 된 것이다. 헤드램프의 성능기준은 상향등(上向燈:high beam)일 경우 야간에 전방 약 100m, 하향등(下向燈:low beam)일 경우 전방 15m에 있는 장애물을 확인할 수 있는 성능을 갖도록 규정하고 있다.

필라멘트를 이용한 전구는 현재의 가정용 백열전구와 거의 같은 개념의 것으로, 1970년대에 이르러서는 반사경 내부에 전구를 설치하여 전구를 교환할 수 있도록 한 세미 실드 빔(semi sealed beam)과 전체가 하나의 커다란 전구의 구조로 만들어진 실드 빔(sealed beam)으로 발전하는 등 밝기와 성능의 향상이 이루어지기는 했으나, 기본적으로는 모든 차량의 헤드램프는 필라멘트를 이용한 백열전구의 구조로 되어 있었다. 물론 현재에도 이러한 실드 빔 헤드램프는 버스와 트럭 등의 일부 차종에서 쓰이고 있다.

그 후 전구 내부를 할로겐(halogen)이라는 취소화합물(臭素化合物)가스를 봉입(封入)시켜 밝기를 향상시키면서 필라멘트의 수명도 늘린 할로겐전구가 나와 오늘날에 널리 쓰이고 있다. 취소화합물은 빛을 내며 증발(蒸發)한 필라멘트의 텅스텐을 다시 필라멘트로 환원시키는 작용을 해서 필라멘트의 수명을 크게 늘려 준다. 그러나 수명을 늘렸다고는 하지만, 필라멘트를 이용한 전구를 사용하는 구조에서 내구성의 한계는 피할 수 없는 것이고, 또한 그 근본적인 개념에 있어서는 오늘날까지 거의 변화하지 않았다 해도 틀리지 않다.

1990년대에 들어서서는 기존의 필라멘트 방식의 할로겐전구를 쓰면서도 보다 선명하고 압축된 광선을 낼 수 있는 프로젝션(projection) 방식, 즉 슬라이드 환등기(slide projector)와 같이 집중과 확산 등 여러 단계의 렌즈를 거쳐 광학적으로 밀도 있게 만들어진 빛을 낼 수 있는 구조의 램프가 개발되어 상당수의 차량에 장착되기 시작하였다. 그러나 프로젝션 램프는 램프의 구조가 복잡해지고, 상당히 부피가 커지는 단점이 있는데다가 역시 광원으로는 필라멘트 식 할로겐램프를 사용하게 되므로, 일정 시간 사용 후 필라멘트가 끊어지는 문제와 열에너지의 부수적인 발생은 피할 수 없다. 이와 비슷한 시기에 실용화되기 시작한 것이 종전의 필라멘트 방식에서 벗어나 고전압 방전의 원리를 이용하여 광원의 수명을 연장하고 보다 적은 소비전력으로 더 높은 광도를 낼 수 있는 HID 램프가 개발되어 실용화되기 시작했다. 최근에는 HID 램프와 프로젝션 방식을 결합한 헤드램프가 등장해 보다 밝고 정확한 성능의 헤드램프를 장착할 수 있게 되었다.

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그림. 프로젝션 헤드램프


HID(High voltage Intensive Discharge) 램프는 필라멘트가 없는 구조의 방전(放電)램프이며, 발광관(發光管)에 고압의 제논(xenon) 가스와 메탈 할라이드(metal halide) 라는 금속과 불활성 가스와의 융화물을 주입한 뒤 특수하게 설계된 안정기와 순간적으로 수만 볼트의 고전압을 유도시키는 스타터와 관 내부의 양쪽 끝단에 방전을 위한 텅스텐 전극이 고정되어 있다. HID 램프는 전원이 공급되면 발광관 내부의 제논 가스와 여러 금속화합물이 고전압으로 여기(勵起 ; photoluminescence)되어, 양쪽의 리드 선에 연결된 전극으로 방전이 되는데, 35W의 비교적 적은 소비전력으로도 태양광선과 비슷한 백색의 밝은 광선을 발생시키게 된다.

즉, 가스 방전의 원리를 근간으로 하여 금속 화합물과 불활성 기체가 채워진 아크관에 들어 있는 두 개의 전극 사이에서 빛을 만들게 되는 것이다. 그런데 이것은 가정용 형광등에서와 같은 필라멘트의 가열과 전자의 방출에 의한 발광의 원리가 아니기 때문에 필라멘트가 끊어지는 것으로 인한 램프의 교체가 필요 없으며, 수명은 현재의 할로겐램프의 다섯 배 이상으로, 사실상 자동차의 수명과 거의 비슷하다고 할 수 있다. 그러나 램프 자체가 정밀부품들로 이루어져 있어서 매우 고가라는 점이 단점이라고 할 수 있다.
제논 가스는 주변의 자외선과 전자파를 소멸시키기 때문에 노란색이 아닌 자연광에 가까운 순백색을 낸다. 이러한 순백색의 HID 불빛은 야간 운전자에게 쉽게 일어나는 눈부심 현상이나 눈의 피로를 경감시키는 한편, 할로겐램프보다 세 배 이상 밝아 야간 운전 시에 시야 확보에 절대적으로 유리하다. 또한 비나 눈이 올 때에도 노면 상태를 쉽게 파악할 수 있어 안전 운전에 큰 효과가 있다. HID 램프는 발광관 내부의 전자와 금속 원자가 충돌하여 이온 방전될 때 발광관 안의 금속 융화물이 고유의 빛을 내게 되며 그 빛을 주된 광원으로 이용하는데, 주로 연출되는 빛은 백색 광선이다. 기존의 할로겐램프는 텅스텐 필라멘트에 열이 가해짐으로서 빛을 내는 전구이고 빛의 색상은 황색 계열이다.

30095_2.jpg
그림. HID 헤드램프


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그림. 다양한 형태의 헤드램프 디자인


이러한 기술적인 발달로 헤드램프의 발광면적에 의해 요구되던 렌즈의 최소크기와 형상에 대한 제약이 사라지고, 아울러 렌즈의 소재 역시 자유로운 형상의 연출에 유리한 폴리 카보네이트(poly carbonate)와 같은 합성수지의 사용으로 더욱 자유로운 디자인의 헤드램프를 볼 수 있게 되었다. 헤드램프의 외곽 형상도 이전의 원형이나 사각형에서 방향성을 가지는 비대칭적 이형(異形)의 것이 등장하는 것은 물론, 화려한 도금처리에 의한 반사경의 채용으로 차량의 전면부에서 라디에이터 그릴의 스타일적 비중의 감소를 대신하는 새로운 스타일요소로써 부각되기에 이르렀다. 이것으로 헤드램프는 단지 조명장치로써의 역할뿐만 아니라, 보다 적극적인 차량의 스타일 요소로써 차량의 인상을 결정짓는 중요한 부품이 되었으며, 사람으로 비유하면 눈에 비교될 수 있는 위치를 가지게 되었다. 그리고 이 특성은 근래의 컨셉트 카를 비롯한 최신형의 양산차량에서 나타나는 다양한 스타일 이미지를 부각시키는 역할을 하게 되었다.
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