디지털 조명: 미래 세계의 조명에 지능과 정밀성을 더하는 새로운 LED 기술
대부분의 역사에서 인간은 불꽃으로 빛을 만들었습니다. 결국 전구의 과열된 금속이 유용한 빛이 된다는 것을 발견했지만 이 기술은 LED로 대체되었습니다.
이 모든 형태의 빛을 묶어주는 하나의 공통적인 특징은 각각이 넓은 빛의 영역에 어느 정도 균일한 광선을 투사하는 단일 광원이라는 것입니다. 이로 인해 광선의 방향을 제어하는 것은 거의 불가능합니다. LED 빛은 전구나 양초보다는 제어가 가능하지만, 렌즈나 반사경은 LED 광선을 제한된 범위 내에서만 형성할 수 있습니다.
이제 ams OSRAM이 만든 일련의 설계 및 제조 혁신 덕분에 조명의 역사가 전환점을 맞았습니다. 머리카락 지름의 1/10에 불과한 장치인 극소형 LED 배열 형태의 광원을 개발하면서 새로운 종류의 조명이 탄생했습니다. 덩어리나 광선 형태의 빛이 아니라 수천 개 또는 수백만 개의 작은 점 광원(픽셀)으로 구성된 매트릭스로, 각각은 매트릭스의 광 출력을 밀리초 단위로 계속 재구성할 수 있는 디지털 데이터 스트림으로 제어됩니다.
이는 광 생성을 위한 새로운 패러다임이며, '디지털 조명'이라고 부르는 새로운 개념의 기초입니다.
그림 0: 지능형 조명은 고해상도 프로젝션 덕분에 더 안전한 일상 생활을 만들어갑니다.
반도체 기술 혁신
이 아이디어는 20년 전에 처음 나왔습니다. 마이크로미터 크기의 광점으로 구성된 새로운 유형의 LED 칩으로 고해상도 프로젝션 광원을 만드는 것이었습니다. 하지만 기존의 제곱밀리미터 LED 칩의 반도체 영역을 수 마이크로미터 크기의 광픽셀 수천 개로 이루어진 매트릭스로 나누려면 기본 물리학, 반도체 제조 및 재료 과학 분야에서 일련의 기술적 혁신이 필요했습니다.
또한 ams OSRAM은 새로운 칩 아키텍처와 픽셀 수준의 본딩 기술을 개발해 단일 통합 장치에서 각 LED 픽셀과 해당 드라이버 간의 연결을 생성해야 했습니다. 이러한 혁신을 통해 ams OSRAM은 일체형 마이크로LED 어레이(그림 1, 2 참조)의 개념을 실현할 수 있었습니다.
그림 1: 점 광원 어레이: 일체형 마이크로LED 칩
그림 2: 올인원: 즉시 사용 가능한 패키지에 25,600개 이상의 개별 광원
새로운 고성능 프로젝션 헤드램프로 등장한 마이크로LED 어레이
그 결과 나온 기술은 현재 양산 중입니다. ams OSRAM 공장의 첫 번째 LED 픽셀 어레이는 어댑티브 드라이빙 빔(ADB) 자동차 헤드램프인 EVIYOS® 시스템의 근본적으로 새로운 광원에 내장되고 있습니다. EVIYOS® 칩의 첫 번째 고객은 개별적으로 제어 가능한 LED 픽셀의 240x80 픽셀 어레이를 포함하는 고급 헤드램프 디자인을 구축하고 있는 자동차 제조업체입니다. 이 디지털 조명의 적용으로 운전자의 안전과 야간 운전의 즐거움에 큰 영향을 미칠 뿐만 아니라 운전자와 다른 도로 이용자에게 신호를 보낼 수 있는 새로운 범위를 제공하게 되었습니다.
픽셀 단위의 조명 디지털 제어는 헤드램프가 영구 하이빔 모드에서 안전하게 작동할 수 있음을 의미합니다. EVIYOS® 기반 헤드램프는 다가오는 차량과 보도 위의 보행자와 같은 다른 도로 사용자의 위치를 카메라에 입력해 다른 사람을 눈부시게 하는 픽셀을 끄거나 운전자 앞의 도로를 밝히기 위해 최대 조도를 유지할 수 있습니다. 픽셀 제어는 다른 도로 사용자의 시야를 방해하지 않으면서 가능한 가장 넓고 긴 빔을 유지하기 위해 1초의 일부마다 동적으로 조정됩니다. 이는 운전자의 편안함과 모든 도로 사용자의 안전을 크게 향상시킵니다(그림 3 참조).
그림 3: 눈부심 없음: 모든 사람의 안전 향상
EVIYOS® LED 기반 헤드램프는 도로에 메시지와 정보를 투사합니다. 예를 들어, 마이크로LED 헤드램프는 차량이 차지할 도로 구역을 표시하는 가이드라인을 투사할 수 있습니다. 헤드라이트는 운전자에게 차량이 좁은 공간을 통과할 수 있는지 보여주거나 도로 공사 구간을 피하도록 안내합니다.
투명 디스플레이와 마이크로 프로젝터는 기술 제품 디자인을 변화시킵니다.
하지만 디지털 조명의 가능성은 조명을 훨씬 넘어섭니다. 예를 들어, 마이크로LED 픽셀은 너무 작아서 투명한 디스플레이 화면에 내장할 수 있으며 여전히 선명하고 깨끗한 이미지를 생성할 수 있습니다. 초기에 이 투명 디스플레이는 뒷창에 배치되어 뒤따르는 차량에게 신호와 경고 메시지를 표시하는 기능을 할 수 있었습니다.
마이크로LED 디스플레이의 투명성은 마이크로미터 규모의 광점 간격이 넓어서 발생합니다. 고해상도 TV에서 RGB 마이크로LED 배열은 전체 디스플레이 영역의 0.5%에 불과할 수 있습니다. 마이크로LED 사이의 큰 간격은 분산 카메라나 적외선 센서와 같은 다른 미세한 구성 요소를 추가해 제스처 감지, 근접 감지 및 기타 기능을 제공할 수 있는 다기능 디스플레이로 전환할 수 있는 여지를 제공합니다.
작은 픽셀 크기의 마이크로 픽셀 어레이도 차세대 증강 및 가상 현실(AR/VR) 장비의 필수 요소입니다. 예를 들어, 스마트 안경에서 마이크로LED 디스플레이는 마이크로 프로젝터로 내장되어 착용자의 장면 시야에 AR 정보를 레이어링하는 눈에 띄지 않는 방법을 제공할 수 있습니다. 개념 증명에 따르면 각각 약 1μm의 모서리 길이를 가진 200만 개 이상의 개별적으로 어드레싱이 가능한 LED 픽셀을 하나의 픽셀 어레이에 내장해 스마트 안경 착용자에게 풀 HD 해상도의 이미지를 제공할 수 있습니다(그림 4 참조).
그림 4: 미래를 상상해보세요. 시야에 직접 들어오는 고해상도 이미지
이러한 프로젝션 시스템 외에도 디지털 조명은 다른 많은 응용 분야에서 새로운 가치를 제공합니다. 예를 들어. 3D 프린터는 초고해상도를 강화해 더욱 정확하고 복잡한 구조를 구축할 수 있습니다.
그리고 인공 지능(AI) 응용 프로그램을 위한 데이터 센터에서 디지털 조명을 사용하면 훨씬 더 효율적인 고대역폭 광 통신이 가능합니다. 오늘날의 고속 광 통신 링크는 매우 높은 주파수로 스위칭하는 레이저 광원을 사용해 광섬유 케이블을 통해 직렬 데이터 스트림을 전송합니다. LED 픽셀이 레이저 광원보다 수백 배 작은 마이크로LED 어레이를 사용하면 직렬이 아닌 병렬로 데이터를 전송할 수 있는 잠재력이 있어 훨씬 더 효율적인 대역폭을 제공하고 전력 소모가 많은 데이터 센터의 에너지 발자국을 줄이는 데 도움이 됩니다.
상상하는 곳마다 내장된 조명
개별적 어드레싱이 가능한 픽셀로 만든 광원을 개발하려면 10년 이상의 엄청난 노력이 필요했으며 ams OSRAM뿐만 아니라 정부와 유럽 연합 기금 지원을 받는 베를린의 Fraunhofer Institute for Reliability 및 Microintegration IZM과 같은 산업 파트너의 기여가 있어야 했습니다. 유연하고 디지털 어드레싱이 가능한 조명에 대한 비전을 성공적으로 실현하려면 하나가 아닌 별도의 기술 혁신이 필요했습니다. 이 광학 기술은 진정으로 새로운 기술이므로 아직 모든 용도를 상상할 수 없습니다. 야간 주행 경험을 혁신하는 ADB 헤드램프의 첫 번째 사용 사례는 마이크로LED 어레이가 가져올 수 있는 가치의 한 예일 뿐입니다. 앞으로 더 많은 사례가 있을 것입니다.
산업, 소비자, 자동차 및 기타 시장에서 제품에 대한 새로운 지평을 여는 능력은 재능 있는 사람들과 거대하고 중요한 혁신을 추구하는 여러 조직의 결합된 산업과 과학적 역량의 흥미로운 결과입니다. 이는 중요한 제품 범주에서 혁신적인 발전을 이룬 오랜 역사를 가지고 있는 ams OSRAM의 또 다른 새로운 장입니다.
디지털 조명은 혁신의 긴 줄에서 다음을 차지합니다.