색과 조명

광원의 이해와 활용

우리는 맑은 날 태양 광선의 느낌과 백열등이나 가로등의 수은등 불빛이 서로 다른 색감을 띤다는 것을 경험으로 알고 있다. 이처럼 조명의 종류와 조명 방식에 따라 물체의 색감이 달라지기 때문에 관원의 특성을 정확히 이해하는 것은 매우 중요하다. 

광원은 크게 자연 광원과 인공 광원으로 나눌 수 있으며, 광원의 색 특성을 나타내는 척도는 색온도와 연색성이다.

색온도Color Temperature 색온도는 빛의 특성을 나타내는 수단으로, 단위는 캘빈을 사용한다. 색온도를 이해하기 위해서는 먼저 각 온도마다 정해진 빛을 내는 흑체 blackbody를 이해해야 한다. 흑체는 실제로 존재하지 않는 이론적 물체로서, 태양과 같이 외부의 에너지를 흡수하여 에너지 상태가 포화되면 전자파의 방사가 생겨난다는 이론을 통해 가정된 물체이다.

흑체란 외부의 에너지를 반사 없이 모두 흡수하는 물체로, 이를 통해 색온도를 표시하게 된다. 이때 색온도가 광원의 실제 온도와 반드시 일치하는 것은 아니다.

흑체 방사에서의 색의 변화는 물체의 재료에 관계없이 비슷한 파장의 분포를 나타낸다. 색온도가 낮을 때에는 붉은색을 띠다가 색온도가 높아짐에 따라 푸른빛이 도는 흰색이 된다. 그리고 흑체의 온도가 제일 높아지면 흰색이 된다. 낮은 색온도는 따뜻한 색에 대응하고 높은 색온도는 시원한 색에 대응하는 것이다.

백열등은 자체가 뜨거워져 빛을 내는 열광원이지만, 형광등은 방전에 의해 빛을 내는 광원이다. 따라서 백열등과 같은 열광원은 색온도로 구분하고, 열광원이 아닌 경우는 상관 색온도로 구분한다.국제 조명 위원회에서 흑체가 온도를 방사하는 빛을 CIE 색도도로 나타내었는데, 이를 흑체 궤적 Blackbody Locus이라고 한다.

자연광원	색온도	빛의 색	인공 광원	색온도	빛의 색
태양 (일출,일몰)	2000	적색	촛불	2000	적색
태양(정오)	5000	백색	백열등	3000	전구색
맑고 깨끗한 하늘	12000	주광색	주광색 형광등	6500	주광색
야간 구름낀 하늘	8000	주광색	백색 형광등	4500	백색
얇게 고루 구름낀 하늘	6500	주광색	온백색 형광등	3000	온백색

 

연색성

조명을 받은 물체의 색 인식을 '연색'이라고 하고, 그 물체의 색 인식에 영향을 준 광원의 특성을 '연색성'이라고 한다. 광원의 연색성을 사용하면 보다 효과적으로 색채를 연출하는 것이 가능하다.예를 들어 장파장이 많이 함유된 백열전구의 경우 난색 제열의 반사율 또한 높아 저 난색제는 생생한 색감을 띠게 되고, 반대로 형광등 아래에서의 단파 장의 빛은 장장보다 더 생생한 반사율을 보이는 것이다. 제품의 색상을 더 선명하고 생생하게 표현해야 하는 정육점이나 횟집의 수족관 등에서 흔히 연색성에 따른 이러한 색채 변화 효과가 사용되고 있다.

연색 지수

온도가 광원의 색을 나타내는 데 비해, 연색 지수는 시험 광원이 얼 마나 기준광과 비슷하게 조사되는가를 나타내는 지수이다. 각 광원의 연색 지수 Ra는 정해진 샘플 8색에 대하여 시험 광원 아래에서 본 경 우와 기준 광원 아래에서 본 경우의 색의 차이로 측정된다. 주로 7.58

6/4, 5Y6/4, 5G6/4, 2.5G6/6, 10BG6/4, 5PB6/8, 2.5P6/8.

10P6/8가 8가지 샘플 색이며, 지수 규정의 기준 광원은 흑체를 기준으로 한 3000K, 주광을 기준으로 한 6000K의 2가지가 있다. 예를 들어, 3000K인 백열등에 대해서는 3000K 흑체를 기준 광원으로 택 하게 된다.

연색성 등급

시험 광원의 연색성이 좋을수록 평균 연색 지수가 100에 가까워진다.

순위	등급	연색지수
1	1A	90~100
2	1B	80~90
3	2A	70~79
4	2B	60~69
5	3	40~59

 

조명용 광원의 종류 및 특징

(1) 할로겐등 Halogen lamp

백열전구의 일종으로 유리 전구 안에 질소와 같은 불활성 가스와 할

할로겐 물질을 넣어 전류를 흐르게 하여 빛을 내는 것으로서 휘도가 높은 것이 특징이다. 연색성이 좋아 각종 전시물의 조명과 인테리어 조명 등으로 적합하다.

(2) 메탈힐라이트등 Metathill light lamp

고압 수은 램프에 금속과 금속 할로겐 화합물 등을 첨가하여 전류를 흐르게 하여 빛을 내는 것으로, 고휘도에 속한다. 수명이 길고 연색성이 높아 일반 공장이나 주차장 등 빌딩 내외의 조명 용도로 많이 사용되고, OHP, 인쇄에도 사용되는 조명이다.

 

글로우 방전 광원의 가스 종류와 광원색

N2 : 파랑(Negative Glow) - 주형(Posilve Column)

02 : 초록(Negative Glow) - 노랑(Posilive Column)

Na : 연두 기미의 하양(Negative Glow) - 노랑(Poslive Column)

 

(3) 삼파장 형광등

형광등은 지압의 수은 방전등을 이용하여 올리면 안쪽에 형광 물질을 씌워 전류를 흐르게 합으로써 양질의 빛을 낸다. 삼파장 형광등은 여기에 빛의 8원색인 Red, Green, Blue 파장의 빛을 적절히 분포시켜 이전의 형광등에서 보이는 푸른빛의 차가운 색감을 조정하고 백색 도를 높인 등을 말한다. 삼파장등은 연색성이 우수해 가정용이나 사무 용으로 많이 쓰인다.

(4) 고압 방전등

EID 램프Her Draboge lamp라고 하며, 고압수은등, 메탈 힐 라이트등, 고압나트륨등의 총칭이다. 효율이 높고 소형이며, 고출력과 배광 제어가 비교적 쉬워 건물의 외벽 조명이나 경기장의 조명, 분수 조명 등으로 널리 사용된다.

(5) 저압 방전등

주광색등 6500K은 실제 색에 가까우므로 상점이나 의류점 등에 유리하다. 온백색 형광등 3000K은 안락한 분위기의 고급 매장, 전시 공 간, 세미나실에 많이 사용된다.

(6) 백열등

전류가 필라멘트를 가열하여 빛을 내는 열광워으로서 에디슨에 의해 개발된 약 3000K 정도의 따뜻한 오렌지 빛 조명이다. 공급되는 전력의 대부분을 열로 바꾸어 전력 소모량에 비해 빛이 약 하고 수명도 짧아 효율이 낮은 편이다. 반면, 장파장의 따뜻한 느낌의 빛을 방출시켜 일반 가정이나 분위기 위주의 공간에 자주 사용된다.