BMW의 헤드램프 기술 이야기

전방은 레이저 라이트, 후미는 OLED

2016년 11월호 지면기사  /  글│BMW Korea



헤드램프의 신기술 개발은 시간이 지날수록 그 기간이 짧아지고 있다. 이를 증명이라도 하듯 LED가 주력 광원이 된 지 몇년도 되지 않아 또 다시 역사상 가장 혁신적인 차세대 헤드램프가 등장했다. 언제나 최초를 추구하는 BMW는 헤드램프에 레이저 라이트, 후면의 테일램프에 OLED를 도입하기 시작했다.

 

운전 중 단 3초라도 시야가 차단된다면 어떨까. 공포 그 자체일 것이다. 주행 중 가장 중요한 시각 정보를 받아들이는 곳이자, 그만큼 가장 많이 사용하는 기관은 눈이다. 움직이기 시작한 순간부터 주변 수많은 자동차와 사람, 그리고 교통흐름을 시시각각 파악해야한다. 주변 시야가 최대한 확보되고 시야를 통해 들어오는 정보가 많을수록 좋다. 안전도가 그만큼 올라가기 때문이다.

자동차를 디자인하고 설계할 때 운전석에서의 시야를 매우 중요시 하는 이유이다. 이에 더해 각종 센서와 카메라를 동원해 운전자가 주변 정보를 더 많이 접하도록 돕고 수집한 그 정보들을 소리와 진동 등 다양한 방법으로 전한다. 주변 상황에 대한 정보를 여러기관에 분산 입력시켜 눈의 피로도를 낮추기 위해서이다. 그만큼 눈과 시각은 언제나 안전하게 보장돼야 한다는 뜻이다.

 



 



헤드램프의 중요성


시각은 빛에 의한 정보다 . 광량이 약해지거나 없어지는 저녁과 야간에는 주변시각 정보가 줄어든다. 세계 각국의 통계에 의하면 낮보다 밤에 더 많이 교통사고가 일어난다. 야간은 주간에 비해 교통량이 현저히 적은데도 사고 건수가 더 많다. 그만큼 전방 시야에 밝기가 제대로 보장되지 못하면 위험도가 기하급수적으로 증가한다는 뜻이다. 어둠 속에서 달리는 도중, 주변 사람이나 동물 등의 미세한 물체를 탐지하기란 여간 어려운 일이 아니다. 그래서 자동차는 낮이든 밤이든 운전자의 눈앞에 밝은 전방을 보장해야 한다. 조명장치가 자동차 역사의 시초부터 핵심부품 중 하나였던 이유다.

헤드램프는 자동차에서 눈 역할을 맡는다. 기능성뿐 아니라 디자인에도 큰 영향을 미친다. 현시대에 와서는 갖가지 모양으로 디자인돼 차의 첫인상을 만드는 큰 요소로 활용된다. BMW의 경우 2001년부터 두 개의 원형이 빛나는 코로나 링을 모든 헤드램프에 사용하기 시작했다. 헤드램프 모양뿐 아니라 빛의 디자인으로 브랜드 아이덴티티를 나타내기 시작한 혁신적인 사례였다. 일찌감치 기능뿐 아니라 심미적 요소로도 빛을 활용해왔던 BMW의 헤드램프. 관련 사례를 구식 전구부터 최신 레이저 헤드램프까지 소개하며 자동차 조명기술의 현주소를 알아보겠다.

차의 헤드램프 역사는 아세틸렌 램프로부터 시작한다. 아세틸렌 램프는 기름에 불을 붙이는 방식이다. 차에서 내려 헤드램프 뚜껑을 열고 그 속의 기름에 불을 붙여서 앞길을 밝혔다. 귀찮을 뿐 아니라 밝기도 무척 약했고 쉽게 꺼지기도 했다.



40년 전 도입한 할로겐 램프


지금처럼 전자장치로 작동하는 조명이 자동차에 처음 사용된 건 1912년의 일이다.
진공처리된 램프 속의 필라멘트가 흐르는 전류에 타면서 불을 밝히는 원리다. 이러한 전구방식은 반세기가 넘도록 자동차 헤드램프의 표준으로 자리 잡아 왔다. 1980년대가 돼서야 비로소 좀 더 밝고 환한 색의 할로겐 램프가 자동차에 사용되기 시작했다. BMW는 다른 브랜드보다 빨리 할로겐 램프를 도입했다.

1971년, BMW는 하향등에 사용했던 바이럭스 필라멘트 전구를 할로겐 램프로 대체했다. 이로써 BMW 운전자들의 야간 시야가 더욱 밝게 개선됐다. 이어 1974년 출시된 첫 번째 5시리즈(E12)에는 BMW 프런트 마스크의 핵심적 아이덴티티 중 하나인 트윈 라운드 헤드램프가 적용됐다. 좌우 각각에 자리 잡은 두개의 둥근 램프는 지금까지도 이어지고 있는 BMW 헤드램프 디자인의 모토가 됐다.





가스로 밝히는 제논 헤드램프


흔히 HID라 부르는 제논 헤드램프가 자동차에 본격적으로 보급되기 시작한 것은 1990년대 말부터 2000년대에 걸쳐서다. 그러나 BMW는 이보다 앞선 1991년, 첫 번째 제논 헤드램프를 옵션으로 마련했다. 제논 헤드램프는 필라멘트에 전류를 보내 빛을 내는 기존 램프들과 달리 제논 가스로 채워진 램프 속 두 전극 간의 방전 원리에 의해 주변을 밝힌다. 기존 할로겐 램프에 비해 두 배 이상 밝을 뿐 아니라 전력 소모가 낮고, 수명도 월등히 길었다. 이로 인해 헤드램프 유지비를 줄일 수 있게 됐다.




BMW 눈매의 상징, 코로나 링


코로나 링은 시대와 모델에 따라 모양을 약간씩 바꿔 왔다. 초반에는 원형에 노란빛이 돌았지만, 현재는 도로를 응시하는 듯 각진 모양에 하얀색으로 빛난다. 트윈 헤드램프에 더해 지금까지도 이어지고 있는 BMW의 두 눈 속 코로나 링은 2001년 4세대 5시리즈(E39)에서 처음 등장했다. 현재는 많은 자동차 회사들이 이처럼 첨단 광원기술을 기능뿐 아니라 심미적 디자인 요소로도 사용한다. 그러나 BMW는 무려 15년전에 헤드램프 뿐 아니라 그 속 광원까지 디자인하고, 이를 통해 브랜드 아이덴티티를 확립하기 시작한 것이다.


헤드램프와 센서 기술의 만남
어댑티브 헤드램프


2000년대 들어 BMW의 헤드램프는 센서 기술의 발달과 전자장비의 도움으로 더욱 똑똑해졌다. 2003년 BMW는 다양한 도로환경에서 더욱 능동적으로 앞길을 비추는 헤드램프를 선보였다. 바퀴의 조향각에 맞게 앞길의 굽이진 방향으로 빛을 비추는 코너링 라이트를 선보인 것이다.





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언제나 켜져 있는 불빛 주간등


헤드램프는 밤뿐 아니라 낮에도 켜는 것이 안전운행에 도움을 준다. 이것이 주간등이 등장하게 된 이유이다. 그전까지 주차등과 미등 역할을 했던 코로나 링이 2005년부터 주간등으로 사용되기 시작했다. 낮에도 코로나 링이 밝게 빛나 BMW를 주변에 더 잘 인식시킬 수 있게 됐다.

또한, 같은 해에 카메라 센서를 기반으로 한 하이빔 어시스턴트가 최초로 장착됐다. 이는 카메라가 전방을 주시해 앞선 차가 나타나면 상향등을 자동으로 하향등으로 전환시켜주는 기능이다. 운전자가 작동을 놓치더라도 앞선 차의 눈부심을 막아주는 최초의 헤드램프가 탄생한 것이다.



 

 

현시대 광원의 주력 LED


2000년대 말이 되자 헤드램프의 광원에 또 다시 새로운 바람이 불기 시작했다. 그 주인공은 LED다. 전류를 넣으면 빛을 내는 반도체인 LED는 기존의 어떤 광원보다도 전력 소모가 적고, 광원 모듈을 훨씬 더 작게 만들 수 있으며, 수명이 반영구적이라는 큰 장점이 있다. 기술 자체는 오래 전부터 있었고 자동차에서도 예로부터 하이 마운트 스톱 램프 등에 사용돼왔다. 다만 2000년대 들어 순백색 등 다양한 색깔의 LED가 나오면서 더 많은 램프류에 사용되기 시작한 것이다. 여러 가지 이점을 토대로 LED는 점차 자동차 헤드램프의 핵심 모듈로 떠오르게 됐다.

우선, 2009년에 BMW 헤드램프 상징과도 같은 코로나 링의 광원이 LED로 바뀌었다. 노란빛이 돌았던 코로나 링이 순백색으로 바뀐 기념비적인 일이었다. 늘 켜져 있어야 하는 주간등의 전력소비가 획기적으로 줄어들면서 결과적으로 차에서 헤드램프가 차지했던 에너지 소모량도 크게 낮아졌다.

 

2011년에는 BMW의 상징인 네 개의 헤드램프에 들어가는 주간등과 헤드라이트가 모두 LED로 교체됐다. LED는 매우 밝은 빛을 낸다. 또 색온도가 대낮의 불빛과 비슷하다. 덕분에 야간에도 주변 환경과 교통표지판 등을 더욱 빠르고 명확하게 인식할 수 있게 됐다.

여기까지, 헤드램프 광원의 역사를 뒤돌아보면 크게 3단계로 나눌 수 있다. 첫 번째는 1910년대부터 사용된 전구이다. 필라멘트가 들어간 전구로 빛을 내던 1세대 헤드램프가 자동차 역사의 초창기부터 근래까지 사용됐다. 두 번째는 1990년대 이후 등장한 제논 헤드램프이다. 가스로 가득 찬 두 전극 사이의 방전 원리에 의해 빛을 내는 2세대 헤드램프이다. 그리고 2011년 이후 주력 광원으로 올라선 LED가 있다. 빛나는 반도체를 활용해 소모 전력을 획기적으로 낮추고 반영구적 수명을 갖게 된 LED 헤드램프는 3세대 광원이자 현시대의 주력 헤드램프 기술이라고 볼 수 있다.


차세대 헤드램프
레이저 라이트


각 세대 헤드램프의 등장 시기에서 알 수 있듯 헤드램프의 신기술 개발은 시간이 지날수록 그 기간이 짧아지고 있다. 이를 증명이라도 하듯 LED가 주력 광원이 된 지 몇 년도 되지 않아 또 다시 역사상 가장 혁신적인 차세대 헤드램프가 등장했다. BMW 레이저 라이트가 바로 그 주인공이다.
LED 램프는 지금까지 등장했던 어떤 광원보다 모든 면에서 뛰어났다.

자동차 헤드램프의 왕좌를 오래도록 유지할 것 같았다. 그러나 광원기술 개발에도 가속도가 붙어 새로운 기술이 최고 지위를 유지할 수 있는 기간도 짧아졌다. 더 이상의 뛰어난 광원은 없을 거라 여겨졌던 LED 램프 위에 레이저 라이트가 등장한 것이다. 한 줄기 빛으로 정확하게 뻗어 나가는 레이저가 기술 발전으로 인해 자동차 헤드램프에 사용할 수 있게 된 것이다.

2014년 BMW는 양산 메이커 최초로 i8의 옵션을 통해 레이저 라이트를 선보였다. 가장 큰 특징은 획기적인 광량이다. 기존 광원 대비 두 배 이상 강한 현시대 광원의 주력 LED빛을 통해 최대 600미터라는 엄청난 조사거리를 자랑한다. 또한, 태양광과 가장 가까운 순백색 불빛을 조사거리 최대치까지 비출수 있다. 빛을 정교하게 제어할 수 있기 때문에 누군가의 눈부심을 유발하지 않고도 운전자에게 밝은 전방 시야를 보장할 수 있다.

광원 모듈의 크기와 무게도 크게 줄인다. 작은 반사경으로도 높은 출력을 낼 수 있어 헤드램프 디자인 자유도가 높을 뿐 아니라 부품 무게도 가볍다. 모든 부품에서 조금씩이라도 무게를 덜어내는 경량화 추세에 도움을 준다. 에너지 효율성 면에서도 지금까지 등장했던 모든 광원 대비 압도적인 성능을 자랑한다. 이미 기존 전구에 비해 에너지 소비량이 미미한 LED이지만, 레이저 라이트는 이보다 30% 이상 효율성이 좋다.
불과 10년 사이에 광원이 업그레이드되면서 자동차 헤드램프가 소모하는 에너지 양이 놀랍도록 줄어든 것이다.


테일램프에 적용될 OLED


레이저 라이트와 동시에 BMW는 후면의 테일램프에도 새로운 광원을 도입하기 시작했다. 유기발광다이오드, 즉 OLED이다. 자체적으로 빛날 뿐 아니라 다양한 컬러를 낼 수 있고 발광면 어디든 균일한 빛을 내는 매력적인 광원이다. 이런 장점을 토대로 최근 TV나 모니터의 액정화면에 적극적으로 사용되고 있다. OLED를 테일램프에 활용하면 시인성뿐 아니라 램프 디자인 자유도까지 획기적으로 끌어올릴 수 있다. 각종 등화를 가변적으로 빛낼 수 있기 때문에 후진등과 차선변경등 등의 위치와 모양을 자유자재로 바꿀 수 있다.

주변 환경과 상황, 혹은 심미적 이유에 따라 테일램프를 다양한 디자인으로 빛낼 수 있다는 뜻이다. 장점은 이뿐만이 아니다. OLED 모듈은 두께가 1.4 mm에 불과해 테일램프 관련 구조물을 훨씬 작게 설계할 수 있다.
아직까지 OLED를 사용한 테일램프는 대량생산되지 않고 있다. 그러나 앞으로 테일램프의 성능과 디자인을 무궁무진하게 발전시켜줄 것이다.

자동차 운전에서 가장 중요한 시각 정보와 눈. BMW 헤드램프 기술 개발 역사는 이들을 보장하기 위한 집념의 흔적이다. 그리고 단순한 안전을 넘어 BMW가 표방하는 ‘Sheer Driving Pleasure’를 주변 모든 운전자들과 함께 언제 어느 때나 영위하기 위함이기도 하다. 더 밝고 더 멀리 비추면서도 전력 소모가 적은 헤드램프. 기능성과 심미성뿐 아니라 주변 다른 차들의 안전까지 고려하는 헤드램프와 테일램프. 주변의 BMW에서 늘 보는 모습이지만 그 속에는 이렇게 깊고 다양한 기술이 있다. 

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