2022.02.24 제네시스
〈Inside the G90 / 라이팅 기술편〉 빛으로 럭셔리 플래그십 세단을 완성하다
제네시스의 플래그십 세단 G90의 슬릭한 디자인을 완성할 수 있었던 건 다름 아닌 세계에서 가장 슬림한 헤드램프와 브랜드 아이덴티티를 담아낸 테일램프다. 이를 완성한 담당 연구원들에게 관련 기술에 대한 상세하고 전문적인 설명을 들어보았다.
잘 알려져 있다시피, 헤드램프를 비롯한 자동차의 각종 조명 장치는 각 국가별로 수립되어 있는 관련 법규를 준수해야 하며, 수준 높은 디자인을 요구하는 소비자의 기대까지 충족시켜야 한다. 따라서 관련 연구진들은 이를 완성하기 위해 수많은 연구 개발을 거친다. G90와 같이 럭셔리 브랜드의 플래그십 모델이라면 소비자들의 기대치는 더욱 높아진다. 이러한 배경 속에서 제네시스 G90의 라이팅 기술을 완성한 라이팅비전설계팀 소속 연구원들을 만나 MLA 기술의 원리와 적용 배경을 비롯해 최신 램프 기술들에 대해 들어봤다.
Q. 헤드램프에 MLA 기술을 적용하게 된 계기는 무엇인가?
정병호 책임연구원 | 신형 G90는 전 세계 양산차 중 가장 슬림한 헤드램프를 장착했다. 디자인 단계에서부터 브랜드 아이덴티티인 두 줄 라인을 구현하면서 세계 최고의 헤드램프 기술력을 보여주기 위한 내부적인 도전 의식이 있었다. 그러나 개발 초기 기존의 프로젝션 램프 기술로는 아주 슬림한 헤드램프를 구현하기 어렵다는 한계에 부딪혔다. 이를 해결하기 위해 선행 검토 중이었던 MLA 렌즈 기술을 본격적으로 양산차에 적용하기로 결정하고, 선행 개발과 양산 개발을 동시에 진행했다. MLA는 작은 크기에도 불구하고 빛을 효율적으로 모으고 퍼뜨릴 수 있는 기술이기 때문에 헤드램프를 원하는 만큼 슬림하게 제작하는 것이 가능했다.
Q. LED가 발산하는 빛은 어떤 과정을 거쳐 MLA를 통해 차량 전방으로 전달되는가?
정병호 책임연구원 | MLA 시스템은 기존에 적용하던 프로젝션 유닛 모듈을 축소한 개념이다. 15X15mm 사이즈의 MLA 렌즈 안에 프로젝션 유닛 모듈을 구성하는 개별 부품을 통합하여 적용한 것이다. 우선 LED에서 나온 빛은 전방에 있는 비구면 렌즈를 통과함에 따라 평행광으로 변한다. 굴절면이 구면이 아닌 곡면으로 이뤄진 비구면 렌즈는 구면 수차를 줄여 빛을 정확히 한 초점으로 모을 수 있는데, 이를 통과한 빛이 MLA 렌즈를 거쳐 다시 한번 집중과 확산의 과정을 거친다. 최종적으로 여기서 변형된 빛이 배광 및 노면 성능을 만족하는 로우빔의 패턴을 형성하는 것이다.
*구면 수차(spherical aberration) : 빛의 파장 차이로 생기는 색수차를 제외한 나머지 수차
*배광(light distribution) : 광원으로부터 나오는 빛의 공간 분포
Q. MLA 모듈을 구성하는 요소들의 역할은 무엇인가?
정병호 책임연구원 | MLA 모듈은 크게 LED가 장착된 PCB(집적 회로)와 비구면 렌즈, 그리고 MLA 렌즈로 구성된다. LED는 전류를 통해 빛을 발산하고, 비구면 렌즈는 LED에서 발산된 빛을 모아 직진광으로 만드는 역할을 한다. 본 기술의 핵심인 MLA렌즈는 렌즈 한 개당 200여 개의 아주 작은 입사부(1차) 옵틱과 출사부(2차) 옵틱, 웨이퍼, 내부 쉴드(컷오프 쉴드 / 글레어 제거 쉴드)로 구성된다.
입사부 옵틱은 쉽게 말해 기존 프로젝션 램프 유닛의 반사면이라 보면 된다. 렌즈로 입사된 빛이 로우빔의 내부 쉴드를 통과할 수 있게끔 빛의 경로를 집적 및 변경하는 역할을 한다. 이렇게 형성된 빛은 글래스 소재의 매질(웨이퍼)을 통과한다. 이 때 1,2차 웨이퍼 사이에 위치한 컷 오프 쉴드는 로우빔의 조사 패턴을 구현하며, 글레어 제거 쉴드는 MLA 내부에서 발생하는 옵틱 경계부의 불필요한 빛을 차단한다. 이후 출사부 옵틱을 통해 빛이 확산되며 광폭 및 원거리 성능과 같은 야간 시야 확보 성능을 극대화한다.
Q. MLA 기술로 완성한 G90의 로우빔에는 수백 개의 렌즈가 적용된다고 들었다. 어떤 형태로 구성되어 있나?
정병호 책임연구원 | 기존 G80나 GV80의 경우에는 로우빔에 상하 크기 25mm의 비구면 렌즈가 한 쪽당 2개씩 적용된다. MLA 렌즈는 이러한 비구면 렌즈를 1X1mm 사이즈로 축소하여 렌즈 한 개 당 총 256개의 아주 작은 프로젝션 모듈을 적용한 개념이다. 해당 사이즈의 옵틱은 비구면 형상을 하고 렌즈 표면에 상하좌우로 촘촘히 배열되어 있으며, 각 렌즈 한 개마다 내부에는 컷오프 쉴드가 동일한 사이즈와 동일한 개수로 적용되어 있다. 이처럼 작고 정교한 렌즈와 내부 쉴드는 기존의 헤드램프 제조 공정으로는 제작할 수 없다. 따라서 보다 미세하고 정교한 제조가 가능한 반도체 공정을 활용해 만들고 있다.
Q. 히든라이팅 기술도 적용되었다고 알고 있다. 어떤 효과를 의도한 것인가?
정병호 책임연구원 | 4세대 투싼에 적용한 바 있는 하프 미러 코팅을 LED 모듈 베젤에 적용해 또 다른 히든라이팅 효과를 구현했다. 투싼과 마찬가지로 클리어 소재로 사출된 부품에 반증착 공법으로 니켈-크롬 소재를 입혔으며, 투과율 역시 동일하게 적용했다. 결과적으로 점등 시 LED 모듈 측면으로 빛을 의도적으로 새어나가게 하여 자연스러운 발광감을 구현할 수 있었다. 헤드램프를 측면에서 보면 LED 모듈들의 점 모양 불빛이 하나로 이어진 듯한 연결감을 느낄 수 있을 것이다.
Q. 양산이 어려운 MLA 기술을 구현할 수 있었던 비결은 무엇인가?
정병호 책임연구원 | MLA는 현대차그룹 최초로 구현한 신기술이었다. 따라서 초기 디자인 단계부터 새로운 기술의 양산에 관한 많은 고민을 할 수밖에 없었다. 우선 기술 구현을 위해 MLA 헤드램프 개발을 위한 개발 단계별 계획을 수립했다. 그 후 설계 FMEA(Failure Mode & Effect Analysis, 고장형태 영향분석)를 시작으로 단품 검증과 실차 검증, 공정 점검 및 협의 등 순차적으로 양산을 위한 단계를 거쳤다. 당사 최초로 개발하는 기술이었기에 많은 고비가 있었지만, 구조와 소재를 변경하는 등 다양한 방법으로 접근해 문제들을 해결했고, 덕분에 세계에서 가장 슬림한 헤드램프를 소비자에게 선보일 수 있게 되었다.
Q. 기존 쿼드램프와 비교해 IFS(지능형 헤드램프 시스템)의 오토 하이빔 기능 작동에는 어떤 차이가 있나?
정병호 책임연구원 | G90 MLA 헤드램프의 하이빔 모듈은 기존 쿼드램프보다 4개 더 많은 6개다. 내부의 LED 개수와 함께 IFS의 소등 영역이 늘어나며 운전자의 야간 주행 시야 확보가 더 원활해졌다. 실제로 신형 G90의 헤드램프 및 IFS는 야간 시야 확보 성능을 증대시키는 데에 중점을 두고 설계했다. 달리 말하면 상시 하이빔 주행이라는 IFS의 설계 목적에 걸맞게 고객 최우선의 목표를 가지고 개발했다고 할 수 있다.
Q. 향후 자동차의 헤드램프를 제외한 다른 부위에도 MLA 기술을 활용할 수 있을까?
정병호 책임연구원 | MLA는 빛을 모으는 집광 기술을 통해 단 한 장의 렌즈만으로도 원하는 패턴을 만들어 낼 수 있다는 강력한 장점을 지닌 기술이다. 턴시그널 가이드나, 후진 가이드 램프와 같이 원하는 형상을 쉽게 구현할 수 있는 라이팅 기술로 활용될 가능성이 있다. 또한 승하차 시 노면에 일정 형상의 패턴을 가진 빛을 조사하여 운전자의 만족감을 높일 수 있는 카펫 라이트나 퍼들 램프 등에 MLA를 적용해 한층 감성적인 영역으로까지 범위를 넓힐 수 있을 것으로 예상한다.
Q. MLA 기술을 타 차종으로 확대하거나 램프 이외의 부분에 적용할 계획이 있나?
정병호 책임연구원 | 현재 제네시스 브랜드의 디자인 방향성은 슬림한 두 줄 라인이다. 신형 G90를 시작으로 앞으로 출시될 차종들의 헤드램프와 부분변경을 앞두고 있는 일부 차종에도 디자인 방향성을 극대화하기 위해 MLA를 적용할 계획이다. 물론 모듈 내부 형상의 변경과 함께 기존보다 진일보한 기술을 준비하고 있다.
Q. 헤드램프 못지않게 신형 G90의 테일램프도 인상적이다. 브랜드 아이덴티티인 두 줄 테일램프를 콘셉트카 못지않게 슬림하게 구현할 수 있었던 비결은 무엇인가?
홍완희 책임연구원 | 슬림한 라인 이미지의 램프 디자인을 구현하기 위해 다양한 구조를 고민해야 했다. 결과적으로 서로 다른 매질을 투과하는 빛의 전반사를 활용해 완성할 수 있었다. LED가 발산하는 빛을 반사면을 통해 렌즈로 모이게 하고, 렌즈 내부로 투과된 빛은 설계된 렌즈의 옆면에 전반사되어 2mm의 슬림한 표면으로 발광한다. 또한 광 확산 재질로 렌즈를 제작해 빛의 손실을 최소화하면서, 균일한 선의 이미지를 구현했다.
*전반사 : 빛이 굴절률이 큰 매질에서 작은 매질로 굴절할 때, 입사각이 임계각보다 크면 굴절하지 아니하고 전부 반사되는 현상
Q. 독특한 설계를 갖춘 만큼, 테일램프의 성능을 높이는 것이 어려웠을 것 같다. 실제 테일램프의 제작 과정은 어떠한가?
홍완희 책임연구원 | 실제 디자인 검토 단계부터 설계 데이터를 작업하고, 광학 시뮬레이션을 거쳐 구조를 구체화하는 과정을 거쳤다. 이후 시제품 제작 이전 단계에서 부분 샘플 제작을 통해 밝기 성능과 외관 이미지를 체크하며 조율했다. 시제품을 제작한 후에는 탑승자의 승하차 위치나 후방 차량 측에서 관측 상황, 주/야간, 주행 및 정차 등 다양한 조건과 환경에서 시인성이나 밝기와 같은 요소들을 점검하여 완성도를 끌어올렸다.
Q. 다이내믹 웰컴 라이트는 소비자의 어떠한 성향을 고려한 기능인가?
홍완희 책임연구원 | 다이내믹 웰컴 라이트(Dynamic Welcome Light)의 가장 주요한 목적은 차량이 고객을 반기고 있다는 느낌을 주는 것이다. 또한 멀리서도 차량 위치를 쉽게 파악할 수 있게 도우며, 고객에게 시각적인 즐거움도 제공한다. 이처럼 다이내믹 웰컴 라이트를 고객의 취향에 따라 다양한 모드를 선택 가능하게 구성하여 제네시스 브랜드만의 우아하고 역동적인 가치를 완성했다.
Q. 다이내믹 웰컴 라이트의 세 가지 모드를 구성한 개발 히스토리가 있다면?
홍완희 책임연구원 | 제네시스 G90는 베이비 부머 시대의 고소득 상류층과 자신만의 취향이 확실한 X세대처럼 다양한 고객층을 목표로 하고 있다. 다이내믹 웰컴 라이트에 세 가지 모드를 마련한 것도 바로 이러한 이유에서다. 한 가지의 시나리오만으로 다이내믹 웰컴 라이트를 구현하기에는 다양한 고객층의 감성을 만족시킬 수 없었기 때문이다. 예컨대 ‘COMFORT’는 절제된 움직임으로 중후하고 안정적인 느낌을 주고자 구성했고, ‘NATURAL’은 흐르는 듯한 움직임으로 자연스러움을, ‘DYNAMIC’은 빠르고 역동적인 움직임으로 세련된 느낌을 강조했다.
Q. 신형 G90의 다이내믹 웰컴 라이트는 경쟁 모델의 웰컴 라이트 대비 세레모니 타임이 상대적으로 길어 보인다. 브랜드 특성을 반영한 결과인가?
홍완희 책임연구원 | 그렇다. 각 모드별로 작동 시간에는 다소 차이가 있지만 제네시스 브랜드 디자인의 핵심인 두 줄 이미지를 강조하기 위해 세팅했다. 램프의 움직임을 최대한 부드럽고 잘 보이게 하면서도, 너무 느리지 않도록 조율을 거쳤다. 또한 헤드램프와 테일램프의 작동 타이밍을 동일하게 맞추어 어느 위치에서 봐도 동일한 감각의 다이내믹 웰컴 라이트를 느낄 수 있게 만들었다.
Q. 실내 램프의 색상을 변경하는 기능은 처음이다. 어떤 상황에서 사용하기 위한 기능인가?
홍완희 책임연구원 | 본 기능을 개발하기 이전, 실내등의 색온도에 대한 고객 선호도 설문을 진행한 바 있다. 설문 결과, 선호하는 램프의 색온도가 다양해 상황에 따라 램프의 색온도를 세 가지로 선택할 수 있도록 개발했다. 우선 ‘따뜻함(Warm)’은 색온도가 낮아 눈의 피로감을 줄일 수 있고, 휴식을 하거나 장시간 사용하기에 알맞다. ‘시원함(Cool)’은 색온도가 높아 두뇌의 사고력을 높인다. 따라서 집중이 필요한 독서나 업무를 할 때 효과적이다. ‘보통(Normal)’의 경우 두 가지 모드의 중간 색온도로, 영상을 시청하거나 평상시 생활할 때 사용하면 된다. 이렇게 다양한 색온도를 구현하기 위해 램프에 두 가지 색상의 LED를 사용했다. 각 LED의 전류를 조절하는 설계를 통해 원하는 색온도와 밝기를 완성할 수 있었다.
Q. 미래 라이팅 기술은 어떤 방향으로 진화할 것이라 생각하는가?
홍완희 책임연구원 | 현재 라이팅 기술은 기존의 헤드램프, 테일램프와 같이 비교적 수동적인 역할에서 벗어나 차량이나 운전자의 의사를 전달하기 위한 ‘보여주는’ 램프로 진화하고 있다. 이에 맞춰 다양한 램프 관련 디스플레이 신기술이 연구 중에 있다. 가령 차량의 전방 도로에 내비게이션 정보나 제한 속도와 같은 주행 정보를 비춰 운전자에게 전달하거나 횡단보도 형상 및 경고 표시와 같은 정보를 다른 운전자나 보행자에게 제공하는 것이다. 이는 자율주행 시대를 상정한 것으로, 운전 상태나 다양한 메시지를 표기해 기능적인 요소와 엔터테인먼트 측면을 모두 만족시키는 쪽으로 발전하리라는 예상도 충분히 가능하다.
사진. 최진호
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