자동차의 헤드램프 종류

 

자동차 헤드램프란 야간에 자동차가 안전하게 주행하기 위해 전방을 조명하는 램프 라도 정의되어 있으며 주행을 위해서 끊임없이 시각 정보를 확보해야 하는 운전자에게 시야가 좁아지는 야간은 상대적으로 주간보다 위험할 수밖에 없고 주행 시 시야 차단으로 인한 위험 요소를 줄여주는 것이 바로 헤드램프의 본연적 기능을 하는 도구이다.

 

또한 운전자 자신의 안전을 위한 기능뿐만 아니라, 도로 위의 다른 차량들이나 보행자들에게 차량의 위치를 알려주는 기능 또한 수행하며 이렇듯 헤드램프는 주행 안전에 있어 매우 중요한 역할을 수행하기 때문에 그만큼 차량 설계에 있어 필수적인 부품이며, 많은 기술적인 발전과 진화를 거쳐왔다.

 

 

야간에 시야를 확보해 준다는 점에서 볼 때, 최초의 헤드램프는 마차에 달린 램프가 그 시초일 것이고 실제로 유럽의 마차들은 좌, 우 끝에 램프를 달아 보행자나 다른 마차들에게 마차의 폭을 알리기도 했다고 하니, 기능적으로 요즘의 헤드램프와 동일한 역할을 수행한 셈인 것이다. 전구가 발명된 이후, 자동차 헤드램프는 점차 발전하여 오늘날 우리가 알고 있는 모습으로 진화하게 되었는데, 헤드램프는 크게 빛을 반사하는 방식과 광원의 종류로 나누어 분류할 수 있으며 빛을 반사하는 방식으로 헤드램프를 분류할 때 크게 3가지로 나눌 수 있다.

 

1. 실드빔(Sealed-beam) 타입

초기의 헤드램프는 실드빔 타입 이었는데 실드빔 타입은 헤드램프 전체가 하나의 큰 조명처럼 되어있는 형태로, 전면 커버 유리에 광학 패턴을 새겨 빛을 반사시키는 형태의 램프이고 실드빔 타입은 유리를 사용했기 때문에 무겁고, 크기가 크며 난반사가 심하다는 단점이 있었으며, 또한 원형, 사각형 등 단순한 형태로만 제작이 가능한 데다 내부가 보이지 않고 전면에 광학 패턴을 노출시켜야 했기 때문에 디자인적으로도 매우 제약사항이 많았다.

 

 

2. 리플렉터(Reflector) 타입

이러한 단점을 보완한 것이 바로 리플렉터 타입 헤드램프 이다. 리플렉터 타입은 전구 앞에 있던 광학 패턴이 새겨진 반사경(커버)을 전구 뒤로 보냈기 때문에 투명한 아크릴 커버를 사용하여 내부 구조를 보여줄 수 있었으며 바로 이 투명한 커버 때문에 리플렉터 타입을 클리어 타입 헤드램프라고 부르기도 하고 리플렉터 타입으로 헤드램프가 변화하면서 자동차 제조회사들은 차량의 디자인을 헤드램프에 좀 더 자유롭게 담을 수 있게 되었다.

 

3. 프로젝션(Projection) 타입

이후 프로젝션 타입 헤드램프가 나타나면서 헤드램프 디자인은 더욱 자유로워졌으며 프로젝션 타입 헤드램프는 빔 프로젝터 와 같이 전구에서 나오는 빛을 렌즈를 통해 모아 투사하는 형태인데 렌즈에 따라 빛의 범위와 각도를 조절할 수 있어 불필요한 빛의 반사는 막으면서 원하는 대상에 대한 시인성은 훨씬 높다는 장점이 있고 특히 렌즈의 크기가 작기 때문에 디자인 자유도가 매우 높아 좀 더 과감하고 독특 한 헤드램프 디자인이 시도될 수 있었다.

 

4. LED 정의 및 구동 원리

LED는 우리 말로는 발광 다이오드 라고 표기하며, 반도체에 전압을 가할 때 생기는 파장이 가시광선 영역에 속할 때 이를 활용하여 발광 효과를 내도록 하는 반도체 소자이며 p-n 접합 반도체 칩에 전압을 인가하고 전기에너지를 광 에너지로 전환하여 빛을 방출하는 반도체 발광소자를 말한다. 반도체는 크게 단 원소 반도체, 화합물 반도체, 그리고 유기물 반도체로 분류되는데, LED는 이 중 화합물 반도체에 속하고 화합물 반도체란 실리콘, 게르마늄 등 하나의 원소로 이루어진 단원소 반도체와 달리, 2종 이상의 원소로 이루어진 반도체이다.

 

 

LED는 주로 갈륨비소(GaAs), 갈륨인 (GaP), 갈륨비소인(GaAsP), 갈륨 질소(GaN) 등으로 만들어지며, 어떤 화합물을 쓰느냐 에 따라 LED 빛의 색깔이 달라지고 유기물 반도체는 탄소와 불소 등으로 구성되어 얇고 유연한 것이 특징인데, CES 2013에서 공개되었던 플렉시블 OLED 윰(YOUM) 이 바로 유기물 반도체의 일종이며 LED는 전극을 붙인 전도 물질에 전류가 통화하면 전자와 정공이라고 불리는 플러스 전하입자가 이 전극 중앙에서 결합해 빛의 광자를 발산하는 구조로 이루어져 있는데 이 물질의 특성에 따라 빛의 색깔이 달라진다.

 

 

PN LED는 PN 접합의 구조로 이루어져 있는데 이는 P형 반도체와 N형 반도체를 접합하여 만든 것으로 P형 반도체에서는 양(+)의 성분이, N형 반도체에서는 음(-)의 성분이 많이 포함되어 있다. PN 접합 반도체에 전류를 흘려보내게 되면 PN 접합면에서 정공 (+)과 전자(-)가 결합하면서 빛이 발생하게 되며 N층의 전자가 P층의 정공이 결합하면서 전도대와 가 전자대사이의 에너지 준위 차이에 따라 에너지를 발산하고 에너지 준위 차이인 밴드갭 에너지에 따라 빛의 색상이 정해지며 에너지의 차이가 크면 단파장인 보라색 계통의 빛을 나타내고 에너지 차이가 작으면 장파장인 붉은색 계통의 빛이 나오게 된다. 또한 어떤 화합물을 쓰느냐에 따라 LED 빛의 색이 달라진다는 것을 알 수 있고 이는 화합물의 재료에 따라 에너지 준위 차이가 달라지기 때문이다.