자동차 역사에서 광원은 늘 중요한 역할을 해왔다. 초기 자동차에 탑재되었던 광원은 야간에 길을 찾기 위한 전조등이 유일했다. 이후 안전을 확보하고 증가하는 교통량에 대응하기 위한 수단으로서 후미등과 방향지시등이 도입됐다. 또한 극한 상황에 대처하기 위한 경고등이나 안개등이 추가되었다. 이외에도 대시보드의 조명, 맵 라이트(map light), 차내등(dome lights)과 같은 내장 광원이 도입되면서 운전자와 동승자에게 편리성을 높여주었다.
LED는 제 3의 조명용 광원으로 다양한 분야에서 적용되고 있으며, 특히 뛰어난 전기적·물리적 특성으로 인해 자동차 광원으로 급속히 확대되고 있다. LED는 최대 10만 시간에 이르는 긴 수명과 저 전압 동작(저 소비전력), 고속 응답성, 낮은 전자파 방사, 기계적 응력에 대한 내성, 광범위한 동작 온도 등의 장점이 있다. 또한 구조가 간단해 디자인이 자유롭고 습기 찰 염려가 없다.
야노경제연구소에 따르면, 차량용 LED 칩 세계시장 규모는 2008년 36.6억 개, 2015년에는 140억 개로 예측된다.
차와 LED 숙명적 만남

자동차 조명은 목적과 쓰임에 따른 적절한 밝기와 분위기를 연출하는 기능적인 면뿐만 아니라 심리적이고 미학적이며 생리적인 측면을 고려하여 적절한 빛을 제공해야 한다.
차량용 LED 램프는 실내에서는 스위치의 백라이트로서 일찍부터 사용되었다. 고휘도 LED를 사용하는 외장용으로는 80년대 후반에 실용화된 이후 2002년경부터 후미 보조등(Rear Combination Lamp, RCL)에 사용되기 시작했다. 최근에는 LED의 고휘도화에 따라 탑재율 및 탑재 차종 수가 점점 증가하고 있는 추세이다.
LED는 기존 백열전구와 비교해 차량에 많은 장점을 제공한다. 예를 들면, 자동차 조명의 수명을 연장시키고, 소비전력이 적어 에너지 효율(연비)을 높이고, 고속 응답성(스위치 온 타임 1 ms. 반면 전구의 스위치 온 타임은 200 ms이다)에 의해 완전 점등까지의 시간을 단축해 안전성을 높여준다. 예를 들면, LED 램프를 적용할 경우 전체 소비전력은 백열전구를 사용했을 경우보다 1/10 이하로 줄어든다. 또 브레이크등의 점등 속도가 빨라져 후속 차의 제동거리를 단축시켜준다. 실제로 시속 120 km/h로 주행하는 차량의 경우에 제동거리를 6.6 m 단축시켜 추돌을 방지할 수 있다.
LED가 이런 장점이 있지만 해결해야 할 숙제도 적지 않다. 우선 값이 비싸다. 또한 발광원 한 개의 밝기엔 한계가 있기 때문에 여러 개를 묶어서 써야 한다. 이로 인해 발생하는 열을 제어할 장치가 필요하다.
LED의 밝기는 점진적으로 향상돼 왔다. 70년대에는 황색과 녹색뿐이었지만, 90년대 중반 청색과 백색 LED가 선보이면서 평균 두 배 이상 밝아졌다. 아울러 기판 소재가 발전하면서 기판이 LED 빛을 상당 부분 흡수하는 단점을 해결했다.
고휘도 LED를 구현하기 위해서는 칩 자체의 발광 효율과 칩으로부터의 빛 추출 효율 향상 및 온도 상승 억제가 대단히 중요하다. 칩 자체의 발광 효율을 향상시키기 위해서는 칩의 결정 재료 개발과 활성층 구조의 개선이 핵심이다. 결정 재료는 GaAlAs 재료를 이용한 적색 LED가 상용화된 이후 InGaAlP와 같은 4원계 재료로 이행해 왔다. 발광 영역인 활성층 부분의 구조에서는 이종접합(Single Heterojunction, SH) 구조에서 이중 이종접합(Double Heterojunction, DH) 구조로, 또 다중 양자우물(multi-quantum-well, MQW) 구조로 보다 높은 발광 효율을 얻을 수 있는 구조가 개발되었다. 발광 효율의 극대화와 함께 방사된 빛을 높은 효율로 칩 외부로 꺼내는 기술도 중요하다. 이와 관련 칩 전체 구조의 최적화와 새로운 칩 표면처리법이 개발돼 적용되고 있다. 온도 상승의 억제도 고휘도화의 중요한 기술 중 하나이다. 내부 양자효율이 개선되었다고는 해도 대주입전류로 구동하는 조건 하에서는 칩으로부터 발열에 의한 출력 포화를 개선하는 것이 중요하다. 이 문제를 해결하기 위해서 높은 열전도율을 가진 은 페이스트가 개발되어 적용되고 있다.

전조등도 LED로

미등(rear lamp)의 경우, 적색 및 황색 LED가 이미 첨단 조명 기술로 적용되고 있다. 전조등의 경우, 특히 백색 LED는 더 나은 광 성능을 제공해야 할 필요가 있다. 백색 LED는 이미 위치등이나 주간주행등과 같은 신호 기능으로 사용돼 왔다. 전조등은 백열전구, 실드빔, 할로겐 전구, 1990년대의 HID 전구 순으로 상품화되었다. 현재 전조등의 광원으로 할로겐 전구와 HID 전구가 대부분 사용되고 있다.
전조등의 광원으로 LED를 사용하려는 발상은 10년 전으로 거슬러 올라간다. LED 전조등이 대중 앞에 실제로 모습을 드러낸 것은 2005년 이후로, 각종 모터쇼에 출품된 컨셉트카의 80% 이상이 LED 전조등을 선보였다. 예를 들면, 2005년 도쿄모터쇼에서 포드 이퀘이터(Ford Equator), 혼다 스포츠 4, 토요타 파인-X 등의 컨셉트카에 LED 전조등이 소개된 이래 2007년 Audi R8이 양산차로는 처음으로 LED 전조등을 달았다. 하이브리드 카인 렉서스 LS600h는 일반적인 LED 조명이 푸른색을 띠는 것과 달리 자연광에 가까운 백색 LED를 사용해 야간 시인성을 높였다. 이처럼 LED 전조등이 아직은 컨셉트카를 통해 가능성을 타진하는 단계이지만, 업계는 2012년 이후 광범위하게 적용될 것으로 예상하고 있다. 또한 차량의 모든 조명을 LED로 교체할 경우, 빠르면 2012년에도 차량에 의한 에너지 소비를 최대 60%까지 줄일 수 있을 것으로 예측하고 있다.
현재로서는 LED를 전조등에 사용할 경우, 원칩 당 발광 강도가 부족하기 때문에 여러 개의 LED를 결합해 램프를 만들어야 한다. 그 결과 가격이 상승해 시장 확대의 최대 걸림돌이 되고 있다. 또한 여러 개의 LED를 사용하는 전조등의 경우, 일부 LED가 나갔을 때 교환 비용을 유저와 메이커 중 누가 부담하느냐의 문제가 발생할 수 있다.

AEM_Automotive Electronics Magazine