독일 연방교육연구원이 후원하는VoLiFa2020 (차세대 자동차 램프 개발 프로젝트)의 일환으로 진행된 풀 어댑티브 라이트 기술 개발 프로젝트와 관련하여, 전자 조명 장치 전문 업체 헬라(Hella)에서는 엘모스를 포함한 여러 관련 업체 및 기관과의 협업을 통해 LCD를 기반으로 하는 헤드램프 제품을 개발하였다. 이는 차량용으로 개발된 최초의리퀴드 크리스탈HD 기술로, 엄청난 해상도와 선명도 덕분에 차량용 조명 기술에 새로운 장을 열게 되었다.
이 LCD 헤드램프 제품은 3만개의 픽셀을 이용하여 스마트하면서도 지속적인 방식으로 각기 다른 교통 상황에 맞추어 실시간으로 라이팅 패턴을 바꿀 수 있다. LCD를 이용하여 차량 조명 기술을 한 차원 더 디지털화한 것으로, 이는 헤드램프의 라이팅 패턴을 만드는 데 소프트웨어의 역할이 더 중요해졌다는 의미이다. 운전자가 최적의 시야를 확보할 수 있도록 다른 차량 혹은 표지판 등 도로 위의 개별 요소들에 대해 정해진 패턴에 따라 라이트를 일시적으로 끄거나 밝기를 낮춘다. 더 복잡한 기능도 구현 가능하여, 내비게이션의 경로를 따라 화살표나 안내선을 도로 쪽으로 투사할 수도 있다. 이러한 LCD 기술은 자율 주행과 관련된 기능의 개발에도 박차를 가할 것이며, 상용화된 제품 역시 곧 등장할 것이다.
LCD는 이러한 차세대 헤드램프의 핵심 부품이다. LCD는 광원으로 사용되는 LED와 프로젝션 렌즈의 중간에 놓여지며, 100X300으로 배열된 3만개의 픽셀은 개별적으로 그 밝기 등이 조절된다. 거리와 속도를 시각적으로 감지하는 LiDAR 센서와 함께 차량에 장착된 카메라를 통해 외부 정보가 수집되고, 이는 프로세서를 통해 헤드램프의 컨트롤 유닛으로 전달된다. 컨트롤 유닛은 초당 60회에 이르는 신호를 보내어 개별 픽셀을 제어한다. 세 개의 열을 이루고 있는 25개의 고출력 LED가 광원으로 사용되며, 각 LED의 세기는 조명 상황에 맞추어 조절된다.
이번 연구의 시스템 요구 사양은 포르쉐와 파더보른 대학의 L-LAB(라이팅 기술 메카트로닉스 연구소)에서 설계하였고, 헬라는 이를 토대로LCD 헤드램프의 광학 시스템 컨셉을 개발하였다. 여러 요구 사항 외에도 시스템의 효율성을 높이고 전장 모듈로서의 온도 조건을 안정적으로 만족하는 게 큰 과제였는데, 이를 위해 메르크(Merck)는 특수 리퀴드 크리스탈을 개발해 냈고 스투트가르트 대학의 IGM (Institut für Großflächige Mikroelektronik: 광범위 마이크로일렉트로닉 연구소)은 메르크의 리퀴드 크리스탈을 이용하여 디스플레이를 만들었다.
엘모스에서는 컨트롤 유닛을 위한 획기적인 반도체를 설계 및 개발하였으며, 슈바이쳐 일렉트로닉 (Schweitzer Electronic)에서 이 반도체를 이용하여 임베디드 시스템 방식의 PCB를 구현하였다. 그 덕분에 공간 활용도를 높이면서도 안정적이고 효율적으로 제어가 가능한 LED 라이팅 유닛이 실현되었고, 헬라는 이 모든 것이 집적된 하나의 포괄적 시스템 그리고 제어부와 헤드램프를 연결하는 인터페이스를 만들어 냈다. 현재 시제품을 포르쉐 파나메라에 탑재하여 파더보른 대학의 주도로 실차 테스트를 진행 중에 있다.
교통량이 증가하고 안전과 관련한 요구 사항이 늘면서 스마트 라이팅 시스템의 중요성 역시 높아지고 있다. LCD 기술이 차량용 조명에 사용되면서 완전히 새로운 기능의 개발 기회도 확산될 것이다. 이 기술은 승용차에 한하지 않고, 상용차나 버스와 같은 범주의 차량에도 중요한 의미를 갖게 될 것이다.
전자신문인터넷 이정민 기자 (jmlee@etnews.com)