기술사업화분석실 선임연구원 노현숙 (Tel: 02-3299-6093, e-mail: hsroh@kisti.re.kr)

자동차용 LED 조명의 개요  
 LED(Light Emitting Diode) 조명은 저전압에서 구동하므로 전력소비가 적은 반면 수명이 길고 수은, 납 등 유해물질을 함유하고 있지 않아서 세계 각국 정부가 추진하고 있는 녹색성장정책의 핵심아이템이다. LED는 에너지 효율과 친환경 장점 이외에도 일반 조명이 갖지 못하는 파장제어, 변조, 편광, 광색 가변 등 복합적 기능들을 고루 갖추고 있어 자동차, 정보통신, 환경, 의료, 교통, 농생명 등 다양한 산업과의 융합에 의한 고부가가치 파생산업을 견인하고 있다.

LED는 특히, 자동차 업계가 2025년까지 에너지 소비를 50%까지 줄인다는 목표를 설정하고 자동차의 친환경화, 경량화, 지능화, 전장화에 부합할 수 있는 차세대 조명기술로, 에너지 소모량이 적은 친환경 반도체 광원인 LED가 주목받으면서 자동차 분야에서의 LED 조명의 채택율이 급격히 증가하고 있다. LED 조명의 출력량이 100루멘/와트 이상의 획기적인 수준에 도달하고, LED의 빠른 신호전달로 인해 운전자의 안전성을 높일 수 있는 등 LED조명의 장점이 부각되면서, 신차 및 고급자동차를 중심으로 계기판뿐 만 아니라 헤드라이트, 브레이크등, 방향표시등에도 LED 채용이 증가하고 있다.

자동차용 LED조명 시장
자동차용 LED 시장은 급격히 증가하고 있으며, 2013년에는 약 1,026백만달러 규모의 시장을 형성하였으나 2020년에는 2,707백만달러로 연평균 15.9%씩 성장할 것으로 전망되고 있다.

<그림 1> 자동차용 LED 시장전망

자동차 업체들은 차량의 독특한 디자인 구현과 다양한 기능의 접목, 그리고 친환경 특성 등으로 인해 자동차에 LED 조명의 적용을 확대하고 있다. 그동안 아우디, BMW 등 고급차에만 일부 적용되고 있던 LED 조명이 일반차량에까지 확대되고 있는 것이다. 특히 2011년 유럽에서 자동차 안전을 위해 주간주행등(DRL, Daytime Running Lights) 사용을 법제화하면서 자동차용 LED 시장이 크게 성장하고 있다. 자동차 조명의 가장 큰 시장인 헤드램프에 LED 채용이 시작되면서 기존 조명의 대체를 가속화할 것으로 전망되고 있다. 헤드램프에는 현재 고급차 중심으로 LED가 채용이 되고 있으나 LED의 효율향상과 가격하락에 힘입어 향후 일반차도 LED 헤드램프가 빠르게 확산될 것으로 전망된다.

LED는 응답속도가 빠르고 수명이 길어 자동차용 광원으로 전량 대체될 것으로 전망된다. 자동차용 LED 조명은 전조등, 방향지시램프 등과 같은 외장램프가 내장램프보다 더욱 성장할 것으로 전망된다. 외장램프 시장의 성장은 기존의 할로겐 및 제논램프가 LED 램프로 교체되는 것에 기인한다. 자동차 실내 조명의 보급률은 50 % 이상을 예상하고 있으나, 가격 하락에 따른 전체 시장 규모는 감소하며, 전조등을 주축으로 하는 실외 조명은 2015년 약 7억 달러 대로 성장하여 2015년 이후에는 자동차 전후방 실외 조명을 중심으로 시장이 급성장 할 것으로 판단된다.

자동차 애프터마켓(After market)은 전조등과 더불어 향후 자동차 LED 시장을 주도할 것으로 예상된다. 또한 AFS(Adaptive Front-lighting System), HUD(head-up display) 등과 같은 첨단 지능형 자동차용 조명기기의 채용도 확대되고 있으며 향후 괄목할 만한 성장세를 보여줄 것으로 예상된다. 실내조명은 인스트루먼트 패널(instrument panel)과 CHMSL(Center High Mounted Stop Lamp)을 중심으로 LED 적용이 확대되고 있으며, 자동차 실내외 조명의 LED 적용률은 미국 및 유럽의 비중이 가장 높다.

향후 차세대 지능형 LED 조명의 채택 확대에 따라, 보다 높은 기술적 수준이 요구되는 DRL(Daytime Running Lamp), RCL(Rear Combination Lamp)의 채용이 급속히 확산될 것이다.  

<표 2> 자동차 실내외 LED 조명 적용률

자동차용 LED조명 기술개발 동향
안전(급발진 등) 규제 요구 강화, 연비규제와 인간공학중심의 인터페이스 구축 및 지능화된 간편 조작을 요구하는 편의성, 안정성을 중시하는 사회환경 변화에 따라 자동차에서도 LED와 IT 기술을 융합하여 인텔리전스(주변환경 인지를 통한 차량조명이 능동적 제어, 가시광 통신을 통한 지능형 교통정보 활용), 안전 성능(야간 주행시인성 및 주행 안전성), 스타일링 자유도(효율적 공간활용 및 차량 디자인 유연성)를 강화하는 연구들이 지속되고 있다.

<그림 2> 차량용 LED 조명 기술

자동차용 LED는 애프터 마켓 중심의 실외 조명 기술과 비포 마켓(before market) 중심의 실내 조명이 공존하고 있으며, 적색 LED를 적용한 지시 형태의 패키지 및 모듈 기술이 개발되고 있다. 실내 조명의 경우 인스트루먼트 패널은 소형 패키지를 중심으로 백라이트 모듈로서 개발되고 있으며, 감성 분위기 연출을 위한 LED 모듈 개발이 주종을 이루고 있다. 자동차용 LED 조명에서 보조등, 미등, 후미등, 안개등의 경우, 거의 상용화가 완료된 단계이나 전조등은 몇 개의 차량용 모델에서 적용되고 있다. 전조등은 다른 차량용 광원에 비해 고출력의 광원이 요구되는 기술적 어려움으로 인해 LED의 적용시기가 낮은 편이나 전지자동차가 본격화되면 LED를 전조등에 적용하는 것은 필수가 될 것이다. 전조등의 경우 Low-Beam을 중심으로 AFL(Adaptive Front- Light) 시스템 설계와 병행하여 경량화 모듈 개발과 high-Beam을 중심으로 자연 대류 냉각 방식의 고출력 LED를 적용한 모듈이 개발되고 있다.

실외 조명은 CHMSL 및 신호등 모듈을 외장 및 램프 하우징 내에 설계하여 중저가 차량까지 침투한 상황이며, 소형 및 중형 크기의 LED를 적용시키고 있다. 또한 후미등의 경우 전후방 경보 및 경계 강화를 위한 통신 및 센서 기술을 융합함으로서 자동의 안정성을 강화시키는 기술이 개발되고 있다.

자동차용 LED조명 기술 과제
자동차에 LED 조명시스템을 성공적으로 적용하기 위해서는 자동차 운행조건(방수, 방염, 충격, 진동, 엔진, 히터, 및 냉각기 영향)하에서도 작동할 수 있도록 내구성, 신뢰성 향상 뿐만 아니라 저가격화, 전력소모 절감, 보다 컴팩트한 폼 팩터, 명암비, 색상정확도 등의 개선이 요구된다.   

자동차 조명용 LED 분야는 독일의 오스람, 미국의 애질런트 테크놀로지, 일본의 니치아 등 선진 외국 업체 들이 독점해오고 있지만 최근 국내 LED업체들의 출사표가 이어지고 있다. LG이노텍은 LED 사업의 방향을 TV BLU 위주에서 조명, 자동차 중심으로 재편하고 있으며, 서울반도체도 조명과 자동차용 LED 매출이 시장 성장률을 상회할 것으로 전망되고 있다. 국내에서 자동차용 조명에 참여하고 있는 업체는 기존 자동차 조명업체인 SL 금호 HT Autonix와 럭스피아, 원반도체 등 LED 패키징 업체가 자동차용 LED 정지등, 후미등 및 방향지시등을 개발 완료했거나 생산하고 있다. 이들 기업은 외부조명인 DRL 및 안개등 뿐만 아니라 기존 램프를 LED를 대체하기 위한 연구를 진행하고 있다. 금호 HT Autonix에서는 최근 저전력, 장수명, 고출력 및 전방 투시력이 우수한 LED 안개등을 출시하였으며, 현대모비스는 자동차 헤드램프용 LED 및 모듈의 개발을 위해 삼성 LED와 기술협력계약을 맺고 자동차 헤드램프용 LED 소자의 국산화를 위한 공동개발에 착수하였다. 루멘스의 LED 조명전문계열사인 엘이디라이텍은 현대자동차의 품질인증제도인 SQ(Supplier Quality)를 국내최초로 획득하여 제품공급을 준비 중이다.

자동차 LED 분야는 기술적 우위를 선점하고 있는 해외 선발 기업이 특허를 점하고 있어 기술력 확보를 위해서는 대기업과 중소, 벤처기업의 전략적 협력 체제를 통해 다수의 장벽특허를 우회하는 R&D 전략수립 및 경쟁력 확보가 요구되어진다.