빛 이야기

1. 전자기파 전자기파는 아래의 그림에서와 같이 에너지를 갖는 파동으로서 파장이 가장 짧은 영역의 감마선,자외선, 가시광선, 적외선,장파 등의 대역으로 구분된다. 이는 자연과학의 발달로 인하여 사용되는 영역에 따라서 인간이 구분한 영역 일뿐이지 다른 특성을 갖는 것은 아니다. 단지 파를 감지하는 측정기 또는 관측기기가 무엇인가에 따라 구분되어진 영역일 뿐이다. 예를 든다면, X선→X레이 필름, 가시광선→사람의 눈, 레이다파→레이다 관측기, UHF/VHF→TV 안테나, 라디오파→라디오안테나, 장파→핸드폰 안테나등... 물론 사람의 눈을 대신하는 실리콘계열의 Photo Diode를 사용하면 광을 전류로 변환하여 광량을 계산할 수 있기도 하다. 빛은 전자기파의 전체영역에서 눈으로 보았을 때 색(色)을 갖는 영역으로서 파장으로 구분하면 380nm∼780nm 까지를 가시광선으로 구분한다. 2. 빛과 파장 빛은 전자기파의 일종으로 인간의 눈으로 지각되는 색을 갖는 파장영역을 가시광선이라 한다. 파장의 단위는 nm(100만분의 1m)를 사용하며, 범위는 사람에 따라 다소 차이가 있으나, 대체로 380∼780nm이다. 단색광인 경우 700∼610nm는 빨강, 610∼590nm는 주황, 590∼570nm는 노랑, 570∼500nm는 초록, 500∼450nm는 파랑, 450∼400nm는 보라로 보인다. 빨강보다 파장이 긴 빛을 적외선, 보라보다 파장이 짧은 빛을 자외선이라고 한다. 대기를 통해서 지상에 도달하는 태양복사의 광량은 가시광선 영역이 가장 많다. 사람의 눈의 감도(感度)가 이 부분에서 가장 높은 것은 그 때문이라고 한다 3. 색과 파장 색과 빛의 파장은 동일한 용어로서 다른 의미를 갖는다. 차이는 보는 기준이 사람인가 아니면 물리적인 에너지 측정기구인가에 따라서 색과 빛의 파장을 구분하여 정의한다. 색이란 사람의 눈이 관측자 또는 검측(Detecter)기구가 되었을 때 빨강, 녹색, 파랑, 보라등으로 구분하는 용어로 사용된다. 그러나 빛의 파장은 에너지(Jule/sec, Watt) 개념으로서 관측자 또는 검측자가 물리적인 에너지를 측정하는 기구에 의해 정의되어 진 용어이다. 예로 발강색은 눈으로 볼 때 그대로 빨강색으로서 다른 색과는 구별이 된다. 하지만 사람의 눈으로 볼 때 빨강색의 에너지는 파장으로 640nm∼780nm의 영역을 빨강색으로 정의가 된다. 4. 분광분포(Spectrum) 모든 빛의 파장단위별 빛의 세기(Intensity)를 나타낸 그래프위의 그래프는 White LED의 파장별 밝기를 나타내는 분광분포도 이다. 5. 가법혼색과 감법혼색 5.1 가법혼색(가산혼합 또는 색광의 혼색) Red, Green, Blue의 세 가지 색광을 백색 스크린에 투사하면 이들 색광의 겹침으로 인한 혼합색을 볼 수 있다. 이 혼합은 혼합된 색의 명도는 혼합하려는 색의 명도보다 높아지며(혼합색이 밝아진다) 보색끼리의 혼합은 무채색이 된다. R,G,B의 빛의 3원색을 동시에 혼합하면 백색광이 되며 이러한 가법 혼색의 용도는 스포트라이트, 컬러 TV,기타 조명등에 사용된다. 5.2 감법혼색(감색 혼합) 두 가지 색 필터를 겹쳐서 빛을 투사하여 스크린에 비춰보면 위의 가법혼색과는 다른 결과가 나타나서 빛의 색깔이 변화한다. 필터의 색이 진하거나 그 수가 증가할 수 록 필터로 인한 빛의 흡수 비율이 커지므로 혼합색은 명도가 낮아져 어두워진다. 이러한 혼색을 감법 혼색이라고 하며 그림 물감의 혼합, 염료의 혼합 등 색채의 혼합을 말한다. Yellow, Magenta, Cyan을 3원색으로 한다. 이들의 3원색은 가법 혼색의 2차색이 된다. Magenta+Yellow+Cyan=Black 6. 색 온도 광원의 광색을 나타내는 척도로서 단위는 K(켈빈)이다. 흑체복사에서 낮은 온도에서는 오렌지색에 가까운 따뜻한 기운이 있는 빚으로 되고 온도가 증가하면서 한낮의 태양광처럼 백색을 띠는 빛으로 되고, 더욱 높아지면 청색에 가까운 시원스런 빛으로 된다. 7. 연색성 빛이 색에 미치는 효과를 나타내며, 단위는 연색지수 R로 나타낸다. 피사체(반사체)에 조명이 비춰져서 색재현의 충실도를 나타내는 광원의 성질을 연색성이라 하며, 연색지수는 물건의 색이 자연광아래서 본 경우와 어느 정도 유사한가를 수치로 나타낸 것이다. 그 방법은 정해진 8종류의 시험색을 측정하고자 하는 광원하에서 본 경우와 기준광원에서 본 경우의 차이로 측정을 한다. 측정한 광원으로부터의 색이 기준광원과 같으면 Ra100으로 나타내고, 색차이가 크게 나타나면 Ra값이 작아진다. 80을 넘으면 연색성이 좋다 라고 말 할 수 있다. 예로 백색 LED에서 가장 크게 부각될 수 있는 문제점이 연색성, 즉 조명으로 쓰여 질 때 카메라에서 잡는 색깔의 선명도가 연색성과 결부되어 있다. 8. 조건등색 광원의 연색성과는 달리 서로 다른 두가지 색이 하나의 광원 아래서 같은 색으로 보이는 경우가 있는데 이것을 조건등색이라 부른다. 9. 눈의 반응 색채 자극은 망막 뒤에 있는 흩어져 있는 추상체와 간상체라는 시신경 세포에 의해서 수용되며 이들은 모든 색(밝기)에 대해 똑같이 반응하지 않는다. 감도의 파장 분포에 있어서 낮(밝은 곳)에는 추상체로부터, 밤의 어두운 곳에서는 간상체로 이동하는 현상이 일어난다. 시신경은 조명이 잘 된 조건에서는 스펙트럼의 녹색과 노랑색의 영역에서 가장 효과적으로 반응하고 스펙트럼의 끝부분(청색, 보라색, 빨강색)에서 비효과적으로 반응한다. 눈이 어두운 상태에 적응했을 때 어두운 상태에서 시신경이 가장 크게 반응을 나타내는 곳은 스펙트럼의 청색과 녹색부분으로 바뀐다. 밤에 녹색 신호등이 빨강색 신호등보다 휠씬 더 밝은 것처럼 보이는 것과 비상문을 표시할 때 녹색을 사용하는 이유가 바로 이 때문이다. 이와 같이 밝은 곳에서 어두운 곳으로 이동할 때 가장 먼저 보이지 않게 되는 색은 장파장인 빨강색이며, 단파장인 청색쪽은 시감도가 높아져 밝게 보이기 시작한다. 10. 광 측정 단위 - 램프와 빛의 특성을 측정하는 단위 용 어 단 위 의 미 광 속 lm(루멘) 광량(광원으로보터 나오는 가시광의 총량) 광 도 cd(칸델라) 빛의 강도(광원으로부터 어떤 방향으로 있는가를 나타내는 것) 조 도 lx(룩스) 빛이 비춰지는 단위 면적의 밝기(1 lx란 1㎡의 면적위에 1루멘의 광속때의 조도) 휘 도 nt(니트) [cd/㎡] 어떤 방향으로부터 본 물체의 밝기 1㎡당 1cd의[cd/㎡]휘도를 1nt 라고 한다. 조도가 단위면적당 얼마만큼의 빛이 도달하고 있는가를 표시하는 데 비해 휘도는 그 결과 어느 방향으로부터 보았을때 얼마만큼 밝게 보이는가를 나타냄. 정격소비전력 W(와트) 램프의 소비전력(Catalog와 램프에 표시되어 있는 수치) 램프효율 lm/W 램프의 전광속을 그 소비전력으로 나눈 값 수 명 Hr(시간) 규정된 시험조건 하에서 점등시험을 했을때 램프가 재점등 되지 않을 때까지의 합계점등시간 또는 램프와 광속이 규격의 최저치에 이르게 될때까지의 합계점등시간중 짧은 시간. 평균수명 Hr(시간) 규정된 시험조건하에서 점등 시험을 했을때, 다수의 램프수명의 평균치(Catalog등에 표시되어있는 수명)