조명색에 숨겨진 과학적 비밀, 파장과 산란 효과

에디슨에 의해 전구가 발명된 이후 조명 기술은 날로 발전했지만 조명색은 7가지 색을 벗어나지 않습니다. 이번 글에서는 조명색이 용도에 따라 다른 이유를 과학적으로 알아보도록 하겠습니다.

빛의 구성

우리가 눈으로 볼 수 있는 가시광선은 다양한 파장의 광선으로 구성된 빛의 일부분입니다. 여기서 나노미터는 10억 분의 1 미터의 길이를 의미하는 물리 단위입니다.

아래 그림에서 볼 수 있듯이 왼쪽은 파장이 380 나노미터 미만으로 매우 짧은 자외선(UV: UltraViolet Light), X선, 감마선이고 오른쪽은 적외선(IR: InfraRed Light), 초단파, 라디오파와 같이 파장이 760 나노미터보다 훨씬 큰 광선들입니다.

우리가 조명으로 사용하는 광선은 380 나노미터 보라색에서 760 나노미터 빨간색까지의 가시광선이며, 햇빛 기준으로 약 40% 비율에 해당하는 빛입니다.

파장이 짧은 광선은 투과율과 에너지가 높아 X선, 감마선은 엑스레이나 방사선 치료 등의 보안/의료기기 등에 사용되며, 자외선은 살균기나 태닝기기에 적용되지만 피부 노화의 주범이므로 되도록 피해야 합니다.

파장의 길이(nm)와 빛의 구성

반면 파장이 긴 적외선은 산란 현상이 적어 상대적으로 투과율과 열작용 효과가 높아 의료기나 군사용 장치에 적용되고, 초단파와 라디오파는 통신기기나 센서에 폭넓게 사용됩니다.

하늘이 파랗게 보이는 이유도 바로 햇빛 중 파란색 계열의 빛이 상대적으로 더 많이 산란되기 때문입니다. 여기서 산란(Scattering)은 빛이 미세한 입자에 부딪히면서 직진하지 못하고 사방으로 방출되는 현상이며, 파장이 짧을수록 더 크게 발생합니다.

가시광선

빨주노초파남보 무지개를 구성하는 7가지 빛깔의 가시광선은 조명에 사용되는 기본 색상이며, 이러한 색상들을 혼합하거나 전기 회로와 소자를 이용하여 다양한 용도와 색상의 조명을 만들 수 있습니다.

필라멘트를 이용하는 백열전구, 할로겐램프, 방전 효과의 형광등, 수은등, 나트륨등에서 레이저, LED칩까지 소재와 방법은 다양하지만, 전력 효율을 제외하면 조명의 색은 용도에 따라 달라집니다.

이전의 백열전구는 조명 색을 직접 변경하기 어려워 전구의 유리나 조명 커버의 색을 통해 간접적으로 변경하였지만, 방전 효과를 이용하는 조명은 가스와 전압에 따라 색을 직접 변경할 수 있었습니다.

특정한 가스의 원자가 전기 에너지를 흡수하여 고에너지 상태(여기 상태: Excitation State)로 갔다가 저에너지로 돌아오면서, 그 에너지 차이만큼 해당하는 빛을 발산하기 때문입니다.

LED 조명은 빛의 삼원색인 RGB, 즉 빨강(Red), 초록(Green), 파랑(Blue)을 조합하여 각양각색의 컬러를 만들어 내고, TV에 적용되어 선명하고 화려한 이미지를 보여줍니다.

대표적인 색깔에 대한 의미를 정리하면 아래와 같습니다. 하지만 감성적이고 정서적인 면이 강하므로 이번 글에서는 제외하고, 조명색이 용도에 따라 달라지는 과학적 이유에 대해 집중하도록 하겠습니다.

우리가 볼 수 있는 가시광선의 색은 여러 가지 의미를 가지고 있습니다.

빨강: 열정, 사랑, 분노, 위험과 관련되는 경우가 많습니다.
노랑: 행복, 기쁨, 낙관주의와 관련되는 경우가 많지만, 주의나 경고를 나타내는 경우도 있습니다.
초록: 자연, 성장, 조화, 평화와 관련된 색상입니다.
파랑: 진정, 신뢰, 자신감과 관련되는 경우가 많지만, 슬픔이나 우울함을 나타내는 경우도 있습니다.

용도에 따른 조명색

주황색

용도에 따라 조명색이 확실히 구분되어 사용되는 분야는 가정보다는 역시 산업이나 교통 현장입니다.

먼저 노란색과 주황색에 대한 얘기입니다. 지금은 LED등으로 서서히 교체되고 있지만 아직도 많은 터널에서는 주황색 계열의 나트륨등을 사용합니다. 그 이유가 무엇일까요?

노란색과 빨간색 사이의 주황색 조명은 시인성이 향상되어 운전자의 시야 확보에 도움을 주며, 빛의 파장도 상당히 긴 편에 속하여 터널 안의 미세한 매연과 먼지 입자들에 의한 산란 효과가 적어 멀리까지 밝게 비출 수 있기 때문입니다.

또한 전력 효율이 LED를 제외한 일반 램프 중에서 가장 좋았기 때문에 대부분의 터널에는 주황색의 나트륨등이 사용되었던 것입니다.

반도체 공장의 자외선을 사용하는 포토 공정에서도 파장이 자외선보다 훨씬 길면서 시인성이 좋은 주황색 조명을 사용합니다.

또한 제품의 색상이 선명하게 살아나야 도움이 되는 패션, 소품 매장에는 시인성이 좋은 황색 계통 조명을 자주 사용합니다. 주황색 계통의 조명색의 단점 중에 하나는 편안한 시야에 의한 졸음 발생이라는 의견도 있으니 참조하시기 바랍니다.

빨간색 (적색)

다음은 빨강, 적색 조명에 대한 이야기입니다.

따라서 자동차의 브레이크 등, 소방차의 경광등, 교통 정지 신호등 여러 곳에 사용됩니다. 하지만 단순히 적색이 위험을 의미하기 때문만은 아니고 과학적으로 분명한 다른 이유도 있습니다. 가시광선 중에 가장 파장이 길기 때문에 안개나 공해의 미세입자에 의한 산란 효과가 상대적으로 적어서 멀리에서도 잘 보이기 때문입니다.

예전 홍등가나 정육점에서 많이 사용했던 적색 조명은 위험을 알리는 용도로 많이 사용됩니다.

자동차의 브레이크등과 후방 안개등

그러면 교통 신호의 파란 신호등이 왜 진짜 파란색이 아니고 초록색인지도 설명이 됩니다.

파란색은 가시광선 중에 파장이 짧은 편에 속하여 산란 효과에 의해 빛이 멀리 가지 못하여 적절하지 않으며 적색과 대비되어 잘 구분되면서도 파장이 짧지 않은 그다음의 조명색이 바로 초록색이기 때문입니다.

안개등

이것은 황색 계통의 자동차 안개등을 멋을 내기 위해 푸른색 계열의 조명으로 바꾸는 것이 얼마나 어리석은 일인지 설명합니다.

안개가 자욱한 날씨에는 공기 중에 수많은 미세 물방울들이 빛을 산란시키므로, 되도록 파장이 긴 조명색을 사용해야 합니다. 따라서 적색의 브레이크등과 혼동되지 않는 범위 내에서 가장 파장이 긴 황색 조명을 안개등으로 사용하는 것입니다.

따라서 파장이 짧은 푸른색 계열의 안개등은 빛이 사방으로 산란되어 운전자 본인은 물론 반대편 차량의 운전자에게도 잘 보이지 않아 위험합니다. 이는 전조등을 백색을 넘어 푸른색 계열로 튜닝하는 경우에도 유사한 위험성을 유발하게 됩니다.

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