자동차의 헤드램프(전조등)는 스타일링 면에서 자동차의 인상을 결정 짓는 가장 중요한 부위로 작용하여, 사람의눈에 자주 비유된다. 자동차의 헤드램프는 야간 운전에서의 시계 확보를 위한 필수품으로, 모든 일반도로 주행용 자동차들은 반드시 헤드램프가 장착되어 있어야 한다. 과거에는야간에만 사용하였으나, 근래에는 다른 자동차 운전자와 보행자 등에게 자신의 자동차를 쉽게 인식시킬 수있도록 주간상시등이 없는 차량에 한하여 점등하는 것을 권장하고 있다.
한 쌍으로 전방에 탑재되는 자동차 헤드램프의 개념은이미 통용되고 있었다. 당시 유럽에서 사용된 마차들은 야간에서의 시계 확보와 마차의 폭을 알려 다른마차나 보행자와의 충돌 사고를 막기위해 기름으로 불을 밝히는 한 쌍의 아세틸렌 램프를 마차의 좌우 양 끝에 설치했다. 이것이 오늘날 자동차 헤드램프의 기원이 되며, 마차와 구조적으로크게 다를 것이 없었던 초창기의 자동차들도 이러한 형태의 램프를 사용했다.
전구를 사용하는 근대적인 형태의 헤드램프는 1912년, 캐딜락이 전기식 시동장치와 통합된 형태의 전장(電場) 체계를 도입하며 세계최초로 상용화되었다. 그리고 1913년, 이탈리아의 란치아(Lancia)도유럽 최초로 통합 전장 체계의 도입과 함께 전기식 헤드램프를 도입하며 유럽에서도 상용화되었다. 전구를사용하는 헤드램프는 100년이 넘는 시간 동안 자동차의 표준 장비로 사용되고 있다.
빛을 투사하는 형식에 따른 분류
오늘날 자동차 헤드램프는 빛을 투사하는 방식에 따라, 렌즈식과 반사식, 그리고 프로젝션 형태로 나뉜다.
렌즈식은 전기식 헤드램프의 채용 이래, 과거부터 양산차에서 널리 사용되었던 방식으로, 헤드램프의 헤드램프를감싸는 투명, 혹은 반투명 커버에 빛을 굴절시키는 광학 패턴을 새겨서 광원(전구)에서 발생한 빛을 모아주는 방식이다. 이 방식은 국내외를 불문하고 90년대까지 수많은 양산차가 채용하고있었다. 그러나, 2000년대를 전후하여 헤드램프 기술의발전과 함께 프로젝션 방식이 보급되면서, 미관 상 좋지 못한 점 등이 부각되어 오늘날에는 이미 도태된방식이다.
흔히 클리어 타입이라고도 불리는 반사(Multi-Reflection)식 헤드램프는 헤드램프 커버를 투명도 높은 소재로 처리하고 전구 뒤쪽에 설계된반사판을 이용하여 빛을 모으는 방식이다. 후술할 프로젝션 방식에 비해 생산단가가 비교적 낮고, 미관 상으로도 렌즈식에 비해 우수하기 때문에 현재에도 쓰이는 방식 중 하나다.단, 고정되어 있는 반사판을 사용하여 집광(集光)을하기 때문에 오늘날 각국의 규제에서 요구하는 유연한 조사 각도나 범위를 구현함에 있어 여러가지 제약이 따른다. 또한, 차량의 운동 상태, 심지어는 필라멘트의 위치조차 헤드램프 성능을좌우할 정도로 유연함이 부족하다. 따라서 오늘날 승용차용 헤드램프는 후술할 프로젝션 헤드램프가 다수를차지하고 있다.
프로젝션 방식의 헤드램프는 반사식과 함께 오늘날 자동차헤드램프에서 가장 널리 사용되고 있는 형태 중 하나로, 빔 프로젝터의 원리를 자동차 헤드램프에 응용, 전구에서 나오는 빛을 별도로 설계된 렌즈를 통해 모아서 전방에 투사한다. 렌즈를통해 모아진 빛은 더욱 먼 거리까지 뻗어나갈 수 있으며, 렌즈의 설계와 제어에 따라 상/하향등의 범위와 알맞은 조사 각도를 설정하기에 유리하다. 이 덕분에 충분한 광량을 보장하면서도 보행자나 다른 운전자의 시계(視界)를 보다 적게 방해하면서도 일직선으로 투사되는 빛의 특성으로 인해 시인성 향상에도 유리하다. 따라서 프로젝션 방식의 헤드램프는 다양한 자동차 시장에서 요구하는 헤드램프 관련 안전규제에 보다 수월하게 대응할수 있다는 이점이 있다.
광원에 따른 분류
오늘날 자동차 헤드램프는 일반적인 할로겐 전구를 사용하는경우부터 시작해서 백색에 가까운 빛을 내는 HID 램프는 물론, 발광다이오드(Light-Emitting Diode, LED) 기술의 급격한 발전에 힘입어, LED 헤드램프도 보급되고 있으며, 고급 자동차 제조사를 중심으로레이저(Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation,LASER)를 이용한 헤드램프도 시도되고 있다.
HID 헤드램프는 고압방전(High-Intensity Discharge)방식을 사용하는 광원을 사용하는 헤드램프를 말한다. 고압방전 방식은 형광등과 원리와 유사한방식으로, 필라멘트가 없는 유리관 양끝에 위치한 전극에 2만볼트 이상의 고압 전류를 방전함으로써 내부에 채워져 있는 제논(Xenon) 가스를 반응시켜 플라즈마를생성, 이를 광원으로 활용한다. 내부에 충진되는 제논 가스에서유래한 ‘제논 헤드램프’라고도 부른다. HID 헤드램프는 형광등처럼 필라멘트가 존재하지 않기 때문에 할로겐 전구에 비해 밝기는 3배 이상 밝고, 수명은 5배이상으로 길다. 뿐만 아니라, 할로겐 램프 대비 소모전력량도더 적다.
HID의 단점으로는 고전압을 발생시키기 위한 별도의 변압 모듈이 필요하다는 점과 형광등과 마찬가지로, 할로겐에 비해 전원을 올린 후 점등까지 걸리는 시간이 길다는 점이다. 또한, 필요한 밝기까지 도달하는 데에도 다소의 시간을 필요로 한다.
따라서 HID는초기에는 주로 하향등에만 제한적으로 사용하고 상향등으로는 별도의 할로겐 프로젝션 램프를 혼용하는 형태를 취했다.물론, 이 단점은 상향등과 하향등을 각각 담당하는 2개의제논 램프를 사용하는 바이제논 헤드램프의 등장과 하나의 램프가 상하향등을 모두 수행할 수 있도록 조사각을 조절하는 장치 등이 도입됨으로써 극복되었다.
LED 헤드램프는 말 그대로, 발광 다이오드를 광원으로 사용하는헤드램프를 말한다. 발광 다이오드는 순방향으로 전압을 가했을 때 빛을 내도록 만든 반도체 소자로, 반영구적인 수명과 매우 낮은 전력 소모량을 자랑하는, 오늘날 조명시장의 대세라고 할 수 있다. LED 헤드램프의 역사는 발광 다이오드 기술의 급격한 발전과 함께 해왔다. 자동차의 헤드램프에 사용되는 LED는 이미 HID의 광량에 다가섰으며, 반영구적인 수명과 현저히 낮은 전력소모량, 그리고 전원을 올림과 동시에 즉시 발광하는 응답성 덕분에, 시인성과응답성이 생명인 자동차용 등화에 가장 이상적인 광원이라 할 수 있다. 오늘날 고급 자동차 시장에서는이미 HID 헤드램프를 상당수 밀어내고 있는 중이며, 효율을최우선으로 하는 친환경 자동차들은 대부분 LED 등화류를 채용하고 있다. 최근에는 중저가형 자동차에서도 종종 사용되고 있는 경우도 찾아볼 수 있다.
하지만 단점도 없지 않다. 근 10여년 간, LED는눈부신 기술 발전으로 제조 단가가 상당한 수준으로 내려오기는 했으나, 기본적으로 반도체 소자인 만큼, 열에 취약하기 때문에 별도의 방열판과 팬 등의 추가 부품이 필요하다. 이때문에 LED 헤드램프는 여전히 개당 단가가 할로겐이나 HID에비해 여전히 비싸다. 이는 충돌 사고 등, 외부적 요인으로헤드램프가 파손되어 교체해야 하는 경우, 차량 소유주의 부담이 더 커지는 문제가 있다.
레이저 헤드램프는 현재 BMW가 주도적으로 상용화를 시도하고 있는 헤드램프다. 레이저는 유도방출의 원리를 이용하여 빛을 인위적으로 부딪히게 만들어서 한쪽 방향으로 뻗어나가게 하는 기술로, 일반적인조명과는 기본적인 특성부터 다르다. BMW 7시리즈에 탑재된 레이저 헤드램프는 상향등에만 사용하며, 레이저를 여러 갈래로 반사시키는 방식으로 광량과 조사 범위를 확보했다. 레이저헤드램프는 종래의 헤드램프를 압도하는 조사 거리를 자랑하지만, 가격이 비싸고 빛을 투사하는 방식에서종래의 램프에 비해 근본적인 차이가 존재하기 때문에 상향등과 같이, 제한적인 용도로만 사용된다.
