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자동차 조명의 20년 역사

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글/조셉 노타로(Joseph Notaro), 전세계 자동차 전략 및 비즈니스 개발 부사장, 온세미컨덕터

자동차 기술은 가장 빠르게 변화하는 시장 중 하나로, 대부분의 차량 애플리케이션은 경제성을 높이고, 안전성 및 연결성을 향상시키는 방향으로 진화하고 있다.

[그림 ] 조명은 자동차 개발 분야의 5대 주요 메가트랜드 중 하나다.

자동차 개발 분야의 주요 메가트랜드는 안전, 배출량 감소, 연비 개선, 편안함/편의성 향상과 같은 핵심 요구사항을 중심으로 한다. 예를 들어, 오늘날 고성능의 조명은 가시성을 개선하고, 반자동 및 완전 자동으로 작동하고, 전력 소비를 줄임으로써 핵심 요구사항을 해결한다.
20년 전만 해도 조명은 차량에서 가장 기본적인 기능 중 하나였다. 전조등의 경우, 간단한 스위치로 켜고 끌 수 있고, 두 번째 열에 장착된 스위치를 통해 운전자는 멀티-필라멘트 백열 전구를 하이 빔에서 로우 빔으로 전환할 수 있었다.
조명 자체는 상당히 표준화되어 있었으며, 기능에 따라 출력과 크기가 다르지만 대부분의 차량에서 공통적인 특성을 갖고 있었다. 이후, 차량 제조업체들은 전조등이 차량의 스타일링과 브랜딩에 중요한 역할을 한다는 것을 깨닫고 할로겐이나 제논과 같은 다양한 모양과 전구 기술을 실험하기 시작했다. 전조등은 안전장치뿐 아니라 브랜드 차별화 요소로서 작용하게 됐다.
기존의 전구는 본질적으로 매우 비효율적이며, 다른 조명들의 선례를 따라왔다. 2007년경 최초의 LED 전조등이 개발되고, 차량에 도입됐는데, 이 새로운 LED 조명으로 훨씬 더 효율적이고, 더 높은 밝기를 제공하는 동시에 전조등을 더 작게 제작할 수 있게 됐다. 이를 통해 설계자는 전조등 설계를 개인화할 수 있으며 동시에 차량 효율을 높일 수 있다.
욜 오토모티브(Yole Automotive)의 보고서에 따르면 2018년경에는 전조등 애플리케이션 부분에서 LED가 HID(제논)을 능가했다고 나타났다. 실제로, LED는 PoS(position lights), DRL(daytime running lights), TI(turn indicators)뿐만 아니라 전조등 하이 빔과 로우 빔을 포함한 많은 전면 조명 애플리케이션에서 사용되고 있다.

[그림 2] LED 시장 점유율은 빠른 속도로 증가하고 있다. (출처: 욜 오토모티브 2016년 4월 조명 리포트)

초기에는 LED 조명이 프리미엄급 특성으로 여겨져 고급차 위주로 탑재됐다. 그러나 안전성 향상, 효율성, 디자인 유연성이라는 특성을 통해 대중화됐고 현재 초저가형 차량을 제외한 모든 차량에 장착되고 있다.
자동차 조명 시장은 크게 성장하고 있다. 욜 오토보티브에 따르면, 자동차 조명 시장은 연평균 약 7%씩 성장해 시장 가치가 약 300억 달러에 달할 것으로 예상된다. LED 드라이버와 같은 반도체 디바이스 공급업체들에 있어 LED 솔루션 내 반도체의 가치는 HID/백열전구 솔루션보다 최대 10배 높기 때문에 자동차 조명 시장이 상대적으로 매우 중요하다.

[그림 3] LED 조명이 모든 등급의 차량에서 인기를 얻고 있다. (출처: 전략 분석(Strategy Analytics))

LED 가격 하락 자체가 이 시장을 공략하는데 중요한 동력이 된다. LED 기술은 모든 차종에 적용되고 있지만, 몇 가지 차별화 요소가 존재한다. 저가형 차량에는 비교적 기본적인 LED 조명이 표준으로 장착되는 반면, 차량 브랜드에 따라 고가형 솔루션을 추가 비용이 따르는 옵션으로 선택할 수 있다.
고급 차량에는 LED 기술이 적용된 차량뿐 아니라, 다른 도로 사용자의 도로 안전도 향상시키는 일종의 어댑티브 매트릭스 조명이 탑재될 가능성이 높다. AFS(Advanced Front Lighting System)는 일련의 입력을 통해 계속해서 스스로를 재구성하여 항상 최대 조명을 제공하면서도, 다른 도로 사용자가 눈부시지 않게끔 설계됐다.
이러한 AFS 시스템은 LED 스트링으로 구성되며 가장 정교한 시스템은 약 10만 픽셀을 갖는다. 각 스트링은 전원과 제어가 필요하며 이 제어를 통해 다른 도로 사용자가 없는 모든 영역에 빔이 비춰지도록 빔을 형성할 수 있다. 기존 조명 시스템에는 하이 빔과 로우 빔 두 가지 모드만 있는 반면, AFS는 어느 시점에서든 도로 상황에 따라 거의 무한한 수의 가능한 빔을 갖고 있다.
AFS에 대한 일차 입력은 많은 차량에 장착되는 전방 카메라다. 이는 다른 도로 사용자의 위치와 그들이 뒤따르는 차량인지 다가오는 차량인지를 감지한다. 다른 입력으로는 GPS 시스템, 속도 표지 인식 시스템(전방 카메라 이용) 및 스티어링이 있다.
차량이 속도 제한 또는 GPS 위치를 통해 도시 지역에 있다는 것을 인지할 경우, 도로 가장자리에 있는 위험요소가 밝혀지도록 확산 범위가 넓은 로우 빔을 사용한다. 다른 교통량이 없는 개방된 도로에서는 최장 거리의 빔이 사용되며 마주 오는 차량이 다가옴에 따라 빔 형태를 변경하여 다가오는 운전자를 눈부시게 하지 않으면서 최대한의 조명을 유지할 수 있다.
오늘날 차량의 많은 전조등이 스티어링 가능하며 차량이 커브를 돌고 있는 지를 감지하기 위해 스티어링으로부터의 입력을 사용한다. 이것이 감지되면 스텝 모터는 특히 커브 안쪽 등의 모든 위험을 더 잘 조명할 수 있도록 전조등을 커브 안으로 기울인다.
초기에는 조명의 초점이 전방 조명에 집중되었지만, 후방 조명 또한 전통적인 전구에서 LED 스트링으로 바뀌면서 상당한 변화를 보여주고 있다. 자동차 제조업체들은 기술을 사용해 뒤따르는 자동차의 운전자들이 후방 조명을 더 잘 볼 수 있게 함으로써 사고의 가능성을 줄이고 있다.
차량 모델과 설계에 따라 후방 조명은 다기능 리어 콤비네이션 램프(RCL)에 모두 포함되어 있거나 분리된 조명으로 설계될 수 있다. 그러나 두 경우 모두 후방 조명은 후속 차량 운전자의 주의를 끄는 데 훨씬 뛰어난 애니메이션 또는 가변 광도 디스플레이를 위한 여러 LED 스트링으로 구성되어 있다.
외부 구성 요소가 거의 필요하지 않은 고급 드라이버칩을 통해서 이제 방향 지시등이 애니메이션화되어 차량이 회전하려는 방향을 표시하고 정지등의 광도는 제동력과 동기화 되어 조절할 수 있으며, 급제동 시 추가 경고를 제공한다. 또한 자동차 제조업체들은 편의성을 높이고 그들의 브랜드를 강화하기 위해 맞춤형 승/하차 조명 시퀀스를 추가할 수 있다. 많은 경우, 이러한 시퀀스는 차량 소유자가 개인의 취향에 맞게 바꿀 수 있다.

요약

차량 조명은 자동차 산업의 주요 메가트랜드 중 하나로, 반도체 제조업체들이 지속적으로 투자해 오고 있는 분야이기도 하다. 이를 통해 오늘날 자동차들은 정교한 전후방 조명을 제공하는 첨단 솔루션을 갖추고 있다.