Ⅰ. 서 론

산업화 이후 현대인의 주된 활동영역이 실외에서 실내 위주로 변화 되면서 조명은 우리 삶의 큰 비중 을 차지하게 되었다. 이 후 형광등의 환경오염과 에 너지 고갈문제에 직면하게 되면서 에너지효율이 높고 제어가 용이한 LED 조명이 많은 발전을 이루었다. LED 조명의 발전은 실내생활에서 어두운 곳을 밝혀 물체를 인식하고 판단하는 기능 뿐 만 아니라 심리적 요인을 고려하여 사용목적이나 장소에 따라 종류, 밝 기, 색상 등을 달리하는 등 쾌적한 조명환경을 중요 시하게 되었다.¹⁾

연구에 따르면 조명은 눈 피로와 정신피로에 관계 하고 있는 것으로 알려져 있으며, 적당한 조도의 공 급과 눈부심의 제거 등이 눈의 피로감 감소 등에 영 향을 미치는 것으로 알려져 있다.²⁾ 또한 LED의 색상 을 조절하여 뇌의 활동성이나 집중력을 향상 시키는 기능성 학습조명이 판매 되고 있으며, 이러한 LED 학습조명은 눈의 피로를 줄이고 집중력을 높여 학습 효과를 향상시키는데 목적이 있다.³⁾

색(color)을 인지하는 것은 빛의 파장을 감각기관인 눈이 받아들여 뇌에서 해석하는 것이다. 광원에서 나 온 빛이 물체에 반사되어 눈으로 들어오게 되면 반사 빛(reflective lighting)으로써 물체색을 인지하는 것 이고, 광원의 빛이 바로 눈으로 들어오게 되면 직접 빛 (direct lighting)으로 광원의 색을 인지하는 것이다.⁴⁾

색채인지와 관련된 연구는 Kaiser 등⁵⁾ 이 EEG(electroencephalography), 심박수, 호흡수, 눈 깜박임 수 등을 측정해 색상이 생리적 영향을 준다는 사실을 밝혀냈으며, 김 등⁶⁾이 7가지 색상에의 3차원 공간이미지를 본 피검자의 EEG를 측정하여 생리적 영향을 준다는 사실을 밝혀냈다. 또한 EEG를 통하여 눈 피로를 분석하는 연구도 활발히 이루어지고 있 다.^7-9) 그러나 대다수의 색채인지와 관련된 연구는 한정된 색상에서의 EEG등의 신체 신호를 측정하는 연구가 대부분이며, 색채인지와 관련된 눈 피로를 객 관적으로 측정하는 연구는 찾아보기 힘든 실정이다.

EEG를 이용한 눈 피로를 측정하는 방법에는 주관 적인 방법^10-11)과 객관적인 방법이 있으며, 주관적인 방법은 손쉽게 눈 피로를 측정할 수 있으나, 피험자 의 주관이나 눈속임의 영향을 받을 수 있어 신뢰성이 떨어지는 문제점을 가지고 있다.

이에 본 연구에서는 피검자가 눈이 가장 편하다고 느끼는 LED광원의 색채를 자각적으로 선택할 수 있 는 학습조명기를 제작하여 눈의 피로를 줄일 수 있는 지 EEG측정을 통한 ERP(Event related potential) 분석을 통하여 객관적으로 검증하고자 하였다.

Ⅱ. 연구대상 및 방법

1. 연구대상

안질환 및 인지장애 등의 질환이 없고 색각이상이 나 사시가 없으며 구면굴절력이 -4.00D, 원주굴절력 이 -2.00D를 넘지 않고 교정시력이 1.0 이상인 성인 남녀 23명을 대상으로 하였다. 대상자의 평균연령은 24.45세이며 남자가 8명, 여자가 12명이었다.

2. 연구방법

1) 개인맞춤형 LED 조명

고휘도 chip RGBLED[IWS-L5056-RGB-K3, (주)이츠웰, 한국]를 이용하여 색상, 채도, 명도의 조 절이 가능한 LED 학습조명기를 제작하였다. 광원부 는 도광판을 이용한 간접조명 방식으로 제작하여 눈 부심에 의한 눈의 자극을 최소화 할 수 있도록 제작 하였다. 안드로이드 어플리케이션을 개발하여 눈이 가장 편하다고 느끼는 LED 조명의 색채를 자각적으 로 선택할 수 있도록 하였으며(Fig. 1), 피검자가 선 택한 조명의 색좌표와 조도를 Table 1.과 Fig. 2에 표기하였다.

2) 대조군 조명

안드로이드 어플리케이션을 이용하여 가장 편안하 다고 느끼는 색상의 조명과 동일한 조도의 백색 LED 조명(5,600K)을 비교 조명으로 선택하였고, 조도의 측정은 조도색도계를(Chroma Meter CL-200A, KONICA MINOLTA, Japan)를 이용하였다.

3) 스마트폰을 이용한 근거리 시 작업

개인맞춤형 LED 조명의 객관적인 눈 피로도 평가 의 도구로 활용하고자 하는 ERP분석의 신뢰성을 확 보하기 위한 예비실험으로 인위적으로 2시간 동안 스 마트폰의 동영상을 시청하여 눈 피로를 야기하였으 며, 동영상 시청 전 과 후의 EEG를 측정 하였다.

4) 독서 작업

개인맞춤형 LED 조명에서 2시간 동안 독서 후 EEG를 측정 하였으며, 비교조명에서 2시간 동안 독 서 후 EEG를 측정하였다. 측정순서는 무작위로 진행 되었으며, 실험과 실험사이에 2시간 이상의 충분한 휴식시간을 두어 이전 실험의 눈 피로가 다음 실험에 영향을 미치지 않도록 하였다.

5) EEG측정

눈 피로와 관련된 EEG를 측정하기 위해 이 등¹²⁾의 연구를 참조하여 International 10-20 electrode system의 기준에 따라 2개 채널의 전극을 Cz와 Pz 위치에 부착하였으며, 측정 장비는 (주)락싸 EEG 측 정기기 [QEEG LXE-3204, (주)락싸, 한국]를 사용 하였다. 또한 EEG 측정에 대한 신뢰도를 높이기 위 해 정점-정점 측정법(Peak to Peak measurement) 을 사용하여 -100μＶ이하나 100μＶ 이상의 자료는 잡음으로 처리하여 뇌파 이외의 신호가 분석에 이용 되지 않게 하였다. 대역필터(notch filter)는 60, 120, 180Hz를 사용하여 EEG측정에 대한 오류를 최 소화 하였다. Fig. 3

6) 데이터 분석방법

실험이 시작되면 피검자는 흰 바탕화면을 응시하 도록 하였으며, 화면우측 중앙에 검정색점이 1초간 제시 후 사라진 다음 “루”글자가 화면 좌측 중앙부에 2초간 나타나도록 하여 안구의 단속운동이 이루어지 도록 하였다(Fig. 4-1).

피검자가 실험에 임하고 있음을 확인하기 위해 피 검자에게 “루”글자가 나타났다 사라지면 아래방향키 를 가능한 한 빨리 눌러서 반응하도록 하였다. 아래 방향키의 반응이 1초 이상 걸린 경우 졸거나 다른 생 각을 하는 것으로 판단하여 분석에서 제외하였다.

또한 앞선 시행이 그 다음 시행에 미치는 영향을 최소화하기 위해 “루”글자가 사라진 다음 검정색 점 이 다시 나타나기까지 간격을 7초로 유지하였다(Fig. 4-2).

Ⅲ. 결 과

1. 스마트폰을 이용한 근거리 시 작업 전과 후의 ERP분석

스마트폰을 이용한 근거리 시 작업 전과 후 피검자 개개인의 2개 채널에서 각각 얻어진 50회의 데이터에 대해 평균 파형을 계산하였으며, 전체 피검자에 대하 여 근거리 시 작업 전과 후의 전체 평균(grand average) 파형을 산출하였다(Fig.5, 6). 눈 피로의 분석에 사용된 자료는 “루”글자 제시 후 ERP의 P3성 분(component)에 대한 정점(peak)과 지연시간 (latency)을 평균하였고 전체평균(grand average)파 형에서 ERP의 P3성분 차이가 발견되는 채널에 대하 여 통계적으로 유의한지 검증하였다.

P3 성분의 강도분석은 P3성분이 나타나는 정점의 높이와 정점이 나타나는 지연시간을 이용하여 분석하 였다. Cz 채널와 Pz 채널의 P3성분의 정점의 높이가 스마트폰을 이용한 근거리 시 작업 후 보다 시 작업 전의 조건에서 상대적으로 큰 경향을 보였다. 이런 경향이 통계적으로 유의한지 검증하기 위하여 Cz와 Pz의 250ms에서 400ms 구간의 P3 성분의 정점을 확인하고 개인별 평균의 정점이 발생한 지연시간을 분석하였다. 그 결과 지연시간에 대해서는 통계적으 로 유의한 차이가 발견되지 않았으나 정점의 높이는 근거리 시 작업 후에 상대적으로 작게 나타나 유의한 차이를 나타냈다(Table 2, Fig. 7, 8). 이는 Cz와 Pz 에서의 P3 성분의 정점 강도가 눈 피로가 증가하는 요인이 된다고 이 등¹¹⁾의 연구 결과와 일치한다. 이를 통해 ERP의 P3성분이 눈 피로를 평가할 수 있는 객 관적인 자료로 사용이 가능함을 확인하였다.

2. 근거리 독서 후 ERP분석

스마트폰을 이용한 근거리 시 작업 전과 후의 EEG 에 대한 ERP분석을 통해 Cz와 Pz의 P3 성분의 정점 강도가 눈의 피로와 관련된 객관적 지표로 사용할 수 있는 것을 확인할 수 있었다. Cz와 Pz에서 각각 얻어 진 50회의 데이터에 대해 평균 파형을 계산하였으며, 전체 피검자에 대하여 개인맞춤형 LED 조명에서의 근거리 독서 후와 비교조명에서의 전체 평균파형을 계산하였다(Fig. 9, 10). 또한 데이터 제외비율이 10%를 넘는 피검자의 데이터 전체를 분석에서 제외 하였고 제외된 피검자의 수는 1명이었다. 전체 평균 파형에서 눈 피로와 관련된 P3 성분의 강도분석은 정 점의 높이와 정점이 나타나는 지연시간을 이용하여 분석하였다.

Cz 채널과 Pz 채널의 P3성분의 정점의 높이가 개 인맞춤형 LED 조명에서의 독서 작업이 비교조명에서 의 독서 작업에 비해 상대적으로 큰 경향을 나타내었 다. Cz와 Pz 채널에서 P3성분의 정점의 높이와 지연 시간에 대한 유의성 검증을 위해 대응비교 t-검정을 실시하였다.

그 결과 Cz 채널의 경우 개인맞춤형 LED 조명에서 정점의 높이가 비교조명에 비해 큰 경향을 나타냈지 만 유의하지는 않았다. 그러나 Pz 채널의 경우 개인 맞춤형 LED 조명이 비교조명에서 보다 큰 정점의 높 이와 보다 빠른 지연시간을 나타내었다(Table 3, Fig. 11, 12). 이를 통해 개인맞춤형 LED 조명의 눈 피로 감소효과를 객관적으로 확인 할 수 있었다.

Ⅳ. 고 찰

본 연구는 안드로이드 어플리케이션을 이용하여 사용자가 가장 편안하게 느끼는 색상을 자각적으로 선택한 개인맞춤형 LED 조명과 동일조도의 백색 LED 조명에서의 독서 작업 후의 눈 피로를 객관적으 로 평가하는 것이었다.

이를 위해 피로와 밀접한 연관이 있는 주의력을 측 정하는 성분으로 알려져 있는 ERP의 P3 성분을 분석 에 이용하였다. 자극 제시 후 개인맞춤형 LED 조명 에서 큰 정점 강도와 빠른 지연시간을 나타내었는데, 이는 눈이 피로하지 않은 상태에서는 “루” 글자를 빠 르고 강하게 인지하였을 것으로 생각된다. 이 등¹²⁾ 역 시 2D 조건에서 보다 3D 조건에서 P3 성분의 정점 강도가 감소하고, 3D 조건에서 양안시차가 커질 수 록 P3 성분의 정점 강도가 감소한다고 하여 본 연구 결과와 일치한다고 할 수 있다.

김 등¹³⁾ 은 개인별 색상에 대한 선호도가 높을수록 특정주파수대의 뇌파가 활성화 된다고 하였고, 최¹⁴⁾ 는 조절력과 조절용이성이 증가하게 되는 색상이 개 인마다 다르다고 하였으며, 이것은 우리 눈에 유입되 는 색자극이 백색광 일 때 보다 단색광 일 때 눈의 조 절 반응을 좀 더 활성화 시킨다고 하였다. 이는 색상 이 인체에 미치는 영향이 개인마다 서로 다른 것을 나타내는 것이다.

빛의 색채는 인간의 눈으로 지각할 수 있는 가시광 선이 망막의 시세포를 자극하여 느끼며, 이러한 색을 느끼는 감각을 색감이라고 한다. 즉 색감은 빛이 눈 을 자극하여 발생하는 감각 이며 빛에너지에 대해 사 람이 느끼는 밝기의 정도를 시감도라고 이야기 하며, 개인에 따라 시감도의 차이가 있다는 것은 널리 알려 진 사실이다. 시감도의 차이에 의해 개인마다 편안하 게 느끼는 조명의 색상이 달랐을 것이며, 눈 피로 감 소를 나타내는 객관적 지표인 P3 성분의 정점 강도가 높게 나왔을 것으로 생각된다.

Ⅴ. 결 론

최근의 조명은 LED제어 기술의 발달로 인해 단순 히 어두운 공간을 밝히는 기능 이외에 빛의 밝기, 색 상, 색 온도, 분광 분포 등을 적절하게 조절하여 조명 으로서의 심미적 기능과 사용자의 감성을 자극하여 생리적, 인지적 측면에까지 긍정적인 영향을 줄 수 있는 형태로 바뀌고 있다.

현재의 널리 사용되고 있는 학습 조명은 주광색과 전구색으로 대다수의 학습 환경을 보조하고 있다. 그 러나 개인마다 선호하는 색상이 다르며 눈에 편안한 조명의 색상 역시 다르기 때문에 시각적 편안함을 느 끼는 조명의 색상 역시 달리 적용되어야 할 것이다.

결론적으로, 눈에 편한 안경이 좋은 시 생활을 가 능하게 하는 것과 같이 눈에 편한 조명의 색상이 눈 이 피로하지 않는 이상적인 독서환경을 만들어 낼 수 있으며, 아울러 여러 분야에 걸쳐 개개인의 눈에 편 안한 개인맞춤형 LED 조명에 대한 실용화의 가능성 을 기대해 본다.