진화하는 자동차 헤드램프, 그 끝은 어디?

[테크월드뉴스=김준혁 기자] 자동차에서 헤드램프는 필수적인 요소다. 어두운 곳에서 전방을 환하게 비춰주는 헤드램프가 없다면 주행이 불가능하기 때문이다. 그래서 헤드램프는 자동차가 발명된 초기부터 적용되어 현재까지 이르고 있다. 

그러나 최근 들어서 헤드램프의 기능은 확장 중이다. 단순히 어둠을 밝히는 것을 넘어 자동차 브랜드의 디자인 정체성을 담아내고 있으며, 전기차와 자율주행 시대에 이르러서는 더욱 다양한 기능을 품고 있다. 말 그대로 자동차 헤드램프는 과거에는 생각지도 못한 방향으로 발전하고 있는 것이다. 

▶수십 년 이상 지속되어 온 할로겐 헤드램프

1880년대 후반 자동차가 발명된 초기의 헤드램프는 가스등이었다. 당시의 헤드램프는 전방을 환하게 비추는 용도보다는 자동차의 위치를 알리는 데 집중했다. 그러나 자동차의 주행 속도가 빨라지고 다양한 상황에서 주행을 하면서 헤드램프도 함께 발전하기 시작했다.

이후 1970년대에는 할로겐 헤드램프가 등장했다. 할로겐은 기존에 많이 쓰였던 백열전구 대비 수명이 길고 색온도가 높고 빛을 안정적으로 비춘다는 장점 덕분에 자동차 헤드램프에 널리 쓰였다. 가격도 저렴했기 때문에 수십 년 이상 자동차 헤드램프의 중심으로 자리를 잡았다. 물론, 할로겐 헤드램프는 최근까지도 저가형 자동차에 적용되고 있다. 

할로겐이 대세를 이루던 자동차 헤드램프는 1990년대 제논 가스를 이용한 HID(High Intensity Discharge) 헤드램프가 등장하며 또 한 번 진화한다. HID 헤드램프는 할로겐 대비 색이 밝고 조사 거리가 훨씬 길다는 장점이 있다. 대신 그만큼 가격이 비싸기 때문에 고급 차종에 주로 적용됐다. 이후 헤드램프는 LED 기술의 급속한 발전으로 대전환기를 맞는다. 

▶LED와 레이저로 대변되는 최신 헤드램프 기술

LED는 기존 자동차의 헤드램프에 쓰였던 기술과는 여러 면에서 혁신적이다. 일단 개별 LED 하나를 기준으로 했을 때의 밝기는 기존 램프와는 비교할 수 없을 만큼 밝고 빛의 직진성이 뛰어나다. 또한, 소형화 및 저전력화가 가능하다. 

현재 기준에서 LED 램프 하나의 밝기는 약 2000루멘으로 밝기가 1500루멘인 기존의 할로겐 램프보다 밝다. 여기서 주목할 점은 LED의 크기다. LED는 손톱보다 작은 크기만으로도 기존의 할로겐이나 HID 램프보다 훨씬 밝은 빛을 구현한다. 에너지 효율도 비교할 수 없을 정도다. 할로겐 램프 대비 20배 이상 효율이 뛰어난 것으로 알려져 있다. 그러면서도 그리고 반응속도도 빠르다. 

이런 장점 덕분에 LED는 여러 산업군에 적용되고 있으며, 그중에서도 자동차 헤드램프 쪽에서의 발전이 눈부시다. 덕분에 현재 대다수 자동차의 헤드램프는 LED가 중심을 이루고 있다. 어두운 곳을 밝게 비춘다는 자동차 헤드램프 본연의 기능을 충족하면서 다양한 형태로 구성할 수 있어 디자인적인 측면에서도 이점이 많기 때문이다. 

LED가 종착지일 줄 알았던 헤드램프 기술은 또 한 번 진화한다. 바로 레이저의 활용이다. 레이저를 헤드램프에 사용한다는 개념은 지난 2015년 독일 아우디와 BMW에 의해 촉발됐다. 레이저 헤드램프의 핵심은 0.01mm 크기의 초소형 레이저 다이오드다. LED 대비 2배 밝고, 조사 거리는 최대 600m에 달해 많은 주목을 받았다. 두 회사는 레이저 헤드램프의 최초 양산이라는 타이틀을 두고 경쟁을 벌였으며, 결과는 R8에 해당 기술을 적용한 아우디의 승리로 끝났다. 

그러나 현 시점에서 자동차 헤드램프의 중심은 LED가 가져가고 있다. 레이저 해드램프는 기능적인 측면에서 LED보다 장점이 많지만 가격이 비싼 탓에 대중화가 이뤄지지 못하고 있다. 결정적으로 현재의 LED 기술만으로도 어두운 곳을 밝게 비추고 다양한 기능을 구현하는 데 무리가 없다. 

▶LED와 디지털 기술의 접목으로 발전 중인 헤드램프

저전력, 소형화, 빠른 반응 속도라는 장점을 갖춘 LED는 자동차의 디지털 기술과 결합해 다양한 기능을 구현하고 있다. 그중 하나가 주행 상황에 따라 헤드램프의 조사 각도, 밝기, 높이 등을 시시각각 바꾸는 지능형 헤드램프다. 

예컨대 주변에 가로등이나 다른 차가 없는 도로를 주행 중일 때는 자동차 스스로 헤드램프를 최대로 밝힌다. 그러던 중 앞서 가거나 마주오는 차 또는 보행자를 인지하면 해당 부분만 램프를 끈다. 결과적으로 운전자의 시야는 그대로 유지되고, 다른 차의 운전자나 보행자는 시야를 방해하지 않는다.

이런 장점 덕분에 LED를 바탕으로 한 지능형 헤드램프는 고급 자동차에 널리 적용 중이다. 물론 지능형 헤드램프의 구현을 위해서는 단순히 LED만 필요하지 않다. 주변 상황을 인지할 수 있는 카메라 및 센서 기술, 해당 정보를 처리할 수 있는 기술, 모든 정보를 바탕으로 헤드램프를 제어하는 기술 등 여러가지가 필요하다.

때문에 최근 들어서는 헤드램프 시장은 급속히 커지고 있다. 지난 2021년 말 글로벌 시장조사업체인 스트래티지 애널리틱스(SA)가 발표한 자료에 따르면 자동차에 쓰이는 LED 모듈 시장의 규모는 2024년 39억 달러(약 5조 1,000억 원)에 이를 전망이다. 

이처럼 시장 규모가 급속히 커지다보니 자동차 헤드램프 시장에 다양한 업체가 진입하고 있다. 대표적인 곳이 LG전자다. LG전자는 이미 자동차 전장 분야에서 세계적인 기업으로 발돋움한 지 오래다. P-OLED 기술을 바탕으로 자동차 실내 디스플레이 발전을 주도하고 있기도 하다. 여기서 한발 더 나아가 LG전자는 자회사인 ZKW를 통해 차세대 지능형 헤드램프를 기술을 개발하고 있다. 최근에는 스웨덴의 전기차 브랜드 폴스타의 신 모델, 폴스타 3에 헤드램프를 공급하기도 했다.

▶자율주행 시대에서 더욱 빛나게 될 헤드램프 기술

자동차 헤드램프는 자율주행 시대에 접어들면 또 다른 모습으로 발전할 전망이다. 기존처럼 전방을 밝혀주는 것을 넘어 자율주행 중인 자동차의 상태와 정보를 외부에 전달하는 수단으로 발전할 것으로 보인다.

이 같은 모습은 지금도 볼 수 있다. 아우디와 같은 일부 자동차 제조사들은 자동차의 시동을 걸거나 끌 때 헤드램프로 다양한 형태의 그래픽을 구현해 자동차의 존재를 주변에 알린다. 또한 메르세데스-벤츠는 주행 중인 도로에 도로 상태나 교통정보를 알리는 기호를 투사한다. 운전자뿐만 아니라 같은 도로를 달리는 다른 차의 운전자에게 위험 상황을 알리기 위해서다.

궁극적으로 완전 자율주행 시대가 열리면 헤드램프는 자동차와 자동차, 자동차와 주변 사이 의사소통 수단으로 자리매김할 수 있다. 자동차 전면을 LED로 덮어 마치 스포츠 경기장의 전광판처럼 자동차의 상태를 주변에 전달하는 방식이다. 덕분에 다른 운전자나 보행자는 해당 차량이 주행 중이지 멈추려고 하는지, 문제가 있는지 여부를 쉽게 파악할 수 있다.

기존에는 생각지 못했던 분야와 결합해 발전하는 자동차의 다른 기술처럼 헤드램프 역시 기술 영역을 빠르게 확장 중이다. 그리고 그 중심에는 자율주행이라는 새로운 분야갸 자리하고 있다. 따라서 여러 분야에서 혁신을 주도하고 있는 자율주행 기술의 발전과 보급이 향후 헤드램프 기술에 어떤 영향을 미칠지 지켜보는 것도 흥미로운 일일 것이다.