Ⅰ. 서 론
스마트 미디어 장치의 발전은 전 세계의 모든 국가에 서 지속되고 있으며, 이중 스마트 폰의 보급률은 2015년 기준 주요 국가에서 약 70% 이상으로 나타났다. 대한민 국의 경우 88%로 가장 높은 보급률을 보였으며, 이는 거 의 모든 대한민국 국민의 스마트 폰 사용 시간도 함께 증 가되었음을 의미한다.1) 2017년 정보통신정책연구원의 보고에 따르면 일상에서 가장 필요한 미디어 장치로 스 마트 폰은 약 56.4%의 비중을 차지했으며, 38.1%인 TV 보다 높은 것으로 나타났다.2)
스마트 폰, 태블릿, PC 등의 스마트 미디어 장치가 일 반화되면서 시간과 공간에 관계없이 언제나 원하는 콘텐 츠를 바로 이용할 수 있게 되었지만, 스마트 폰 중독과 같은 부작용이 발생되었다.3-5) 연령별 스마트 폰 사용 시 간을 분석한 진 등6)의 연구에 따르면, 하루 평균 1시간 30분 이상을 사용하며, 50~70대 보다 10~40대에서 사용량이 높은 것으로 나타났다.
현재 스마트 미디어 장치의 디스플레이는 과거 효율이 낮아 사용하지 못했던 유기발광다이오드(Light emitting diode. LED)가 기술 발전에 따라 상대적으로 비용이 저 렴하고, 높은 휘도 및 친환경과 같은 이점으로 주로 사용 되고 있다. 하지만, 많은 장점에도 불구하고 최근의 LED 디스플레이에서 방출되는 청색광이 망막손상과 같은 부 작용을 유발한다는 점이 발견되었으며, 스마트 미디어 장 치를 사용하는 대부분의 사람들이 광생물학적 위험에 노 출되어 있다고 보고되었다.7)
일반적으로 광생물학적 위험은 자외선에 의한 피부 및 눈, 적외선에 의한 각막손상 및 청색광에 의한 망막손상 등이 포함된다. 이중 청색광에 의한 망막손상은 시력저 하, 연령관련 황반변성의 급속한 가속을 유발하여 심한 경우 실명이 되는 것으로 보고되었다.8) 또한, 2010년 프 랑스의 국립식품환경노동위생안전청의 보고에 따르면 백 색 및 청색 LED 광원의 노출은 망막손상 가능성이 높다 고 제시하였고, 백내장 수술 후 안내렌즈를 삽입한 환자, 업무에 따라 강한 LED 광원을 사용한 조명에 노출되는 근무자 및 수정체가 성숙되지 않은 유아 등에게 주의할 것을 권고하였다.9)
LED 광원은 초기 국제표준 IEC 60825에 따라 레이저 와 같이 분류되었던 것을 북미조명학회에 의해 일반 램프 로 규정하였으며, ANSI/IESNA RP 27.1로 그 안정성을 규격화 하였다. 이후 국제조명위원회, 국제전기기술위원 회 및 유럽전기표준화위원회 등은 CIE S009/E-2002, IEC 62471:2006 및 EN 62471:2008을 각각 제정하여 LED를 포함한 광원에 대한 자외선, 적외선 및 청색광에 대한 위험성의 평가 지표로 활용하고 있다.10)
대한민국은 2014년에 국가기술표준원에서 KS C IEC 62471-2:2014를 제정하여 LED 광원의 광생물학적 위 험성에 따른 안전성 평가 및 관리 지침으로 사용하고 있 다. 이렇게 LED 광원의 안전성을 위한 규정이 제시되면 서 스마트 미디어 장치의 사용량이 높은 다수의 사용자 에서 청색광 노출의 위험성 및 망막손상 등과 같은 부작 용에 대한 관심이 많아졌다.
청색광은 일반적으로 가시광선 내 380~500 nm 범위 의 높은 에너지 짧은 파장을 의미하며, 기존 광원에 비해 LED 광원에서 보다 많이 방출되는 것으로 나타났다. 세부 적으로 청색광은 보라색, 청색 및 청록색으로 구성되며, 각각 400 nm, 460 nm 및 507 nm의 파장을 가진다. 청 색광은 적절하게 차단하지 못했을 때 각막 및 수정체에 서 흡수되지 않고 망막까지 도달하여 지속적 노출 시 위 험한 것으로 알려져 있다.11)
청색광의 위험으로부터 효과적인 차단을 위한 방안으 로, 임상에서는 다수의 안경 렌즈 제조업체에서 개발된 청 색광 차단 기능의 렌즈가 사용되고 있다. 현재 판매중인 청색광 차단 렌즈는 주로 415~420 nm 범위의 청색광을 차단하며, 향후 450 nm까지 차단 효과를 주는 렌즈가 개 발될 것으로 예상된다. 제조업체에 따라 코팅, 착색 방식에 의한 청색광 차단 렌즈가 주를 이루고 있으며, 일부 연구 를 통해 성능 평가가 수행되었다. 하지만 코팅 방식은 착 용 시 실내조명의 유령상 및 반사가, 착색 방식은 염료가 피부에 도드라져 보이는 미용적 문제점이 존재한다.
비교적 최근에 두 제조 방식의 단점을 보완하여 재질 방식의 청색광 차단 렌즈가 개발되었고, 일반 코팅 렌즈 와 유사한 외형을 가지고 있다. 하지만 아직까지 재질 방 식의 청색광 차단 렌즈의 성능 평가가 이루어 지지 않았 으며, 안경 착용자가 청색광 차단 안경을 목적으로 내원 한 경우, 안경사는 단순히 기존 제조 방식의 단점을 통해 재질 방식과 비교하여 추천할 수밖에 없는 실정이다.
따라서 본 연구는 현재 임상에서 사용되는 재질 방식 으로 제작된 청색광 차단 렌즈의 광 투과율을 측정하여 특성을 분석하였으며, 기존 코팅 및 착색 방식으로 제작 된 청색광 차단 렌즈와 서로 비교하고자 하였다.
Ⅱ. 대상 및 방법
1. 대상 선정
광 투과율 측정에 사용된 청색광 차단 렌즈 및 일반 코팅렌즈는 현재 임상에서 많이 사용되고 있는 제품으로 모두 단일 제조사(OO렌즈, Korea), 총 9종류(18개)의 렌 즈로 선정하였다.
각 렌즈의 명확한 구분을 위해 제조별 특성을 기호로 사용하였다. 이때, 청색광 차단 기능이 없는 일반 코팅 렌 즈(Conventional Coating Lens)는 CCL로, 재질 방식의 청색광 차단 렌즈(Blue Light Blocking Material Lens) 는 BML로, 코팅 방식의 청색광 차단 렌즈(Blue Light Blocking Coating Lens) 2종류는 각각 BCLa 및 BCLb 로 그리고 착색 방식의 청색광 차단 렌즈(Blue Light Blocking Tinted Lens)는 BTL로 표기하였다.
본 연구에서 사용된 재질 방식의 청색광 차단 렌즈는 일반 렌즈와 유사한 코팅면을 가지며, 제조 시 모노머(Monomer) 에 투입되는 차단제로 청색광의 일부 파장을 흡수하는 것으로 알려져 있다. 코팅 방식의 청색광 차단 렌즈 2종 은 외형상 서로 미세하게 다른 코팅면을 가지며, BLCa 는 다층 진공 증착 코팅막 및 모노머 차단제 투입의 두 가지 방식을 혼용하여 청색광을 반사 및 산란시키는 것 으로, BCLb는 여러 층의 코팅막을 진공상태에서 증착하 여 청색광을 반사시키는 것으로 알려져 있다. 또한, 착 색 방식의 청색광 차단 렌즈는 모노머에 액체 염료를 착 색하여 청색광을 흡수하는 것으로 알려져 있다.
상대적 광 투과율 특성 비교를 위해 일반 코팅 렌즈 (CCL)와 재질 방식의 청색광 차단 렌즈(이하 BML)를 굴 절률 1.56, 1.60 및 1.67로 각각 조사하였으며, 제조 방 식별 광 투과율 특성 비교를 위해 코팅 방식의 청색광 차 단 렌즈(BCLa, BCLb) 및 착색 방식의 청색광 차단 렌 즈(BTL)를 굴절률 1.60으로 조사하였다.
조사한 모든 렌즈의 상측정점굴절력은 0.00 D였으며, 각각 10회씩 측정하여 평균값을 산출하였다.
2. 청색광 범위의 선정
일반적으로 눈이 인지하는 가시광선의 파장별 색상은 그림 1과 같이 보라색(400 nm), 청색(460 nm), 청록색 (507 nm), 녹색(530 nm), 녹황색(555 nm), 황색(590 nm), 적황색(600 nm) 및 적색(650 nm)으로 알려져 있 으며, 이에 따라 청색광은 460 nm 파장을 중심으로 한 전·후 일정 범위를 의미한다. 하지만 본 연구에서는 선 행 연구에서 제시된 것과 같이 굴절성 및 산란성이 크다 고 알려진 380~500 nm 범위의 단파장 가시광선을 청 색광으로 선정하였다.12)
3. 측정 장치
광 투과율 측정 장치는 Spectral Transmittance Meter (TM-1, TOPCON, JAPAN)를 사용하였다. 이 장치의 광원은 D65으로 280~780 nm의 광 분포를 가지고 있 으며, 낮 시간의 자연광과 유사한 특성을 지니고 있다. 측정된 결과 값은 모든 파장에 대해 입사광 세기에 대한 출사광 세기의 비로 표시되며, 이 결과를 전체 가시광선 범위(380~780 nm) 및 청색광 범위(380~500 nm)로 각각 나누어 분석하였다.
4. 광 투과율 분포 면적
렌즈를 통과한 광 투과율은 렌즈에 따라 일부 파장에 서는 높은 투과율로 나타나며, 일부 영역에서는 낮은 투 과율로 나타난다. 이에 광 투과율의 정량적 비교를 위해 광 투과율 그래프의 아래 부분을 분포 면적으로 정량화 하여 전체 가시광선 범위에서의 광 투과율과 청색광 범 위에서의 광 투과율을 분석하였다. 여기서 f(x)는 렌즈 의 광 투과율이며, dx 는 x 축 구간의 범위이다.
5. 통계 분석
통계 분석은 Excel Ver. 2010(Microsoft Co., USA), PASW Statistics Ver. 18(IBM Co., USA) 및 Origin Ver 8.5 SR1(OriginLab, USA)를 각각 사용하였으며, 유의 수준은 p＜0.050을 적용하였다.
Ⅲ. 결 과
1. 일반 코팅 렌즈의 광 투과율 및 분포 면적
일반 코팅 렌즈(CCL)의 가시광선에 대한 광 투과율의 측정 결과는 Table 1 및 Fig. 2와 같다. 일반적으로 광 투과율은 입사광에 대한 출사광의 상대 강도 비로 표현 되기 때문에 렌즈가 없을 경우 파장에 관계없이 광 투과 율은 100%이며, CCL의 경우는 400 nm 이하의 단파장 (UV)에 대해 거의 0%에 가까운 광 투과율을 나타냈다.
전체 가시광선 범위에서 CCL의 광 투과율 분포 면적 (a.u.)은 굴절률 1.56, 1.60 및 1.67에서 각각 74.59, 72.77 및 72.32로 나타났으며, 렌즈가 없는 경우 전체 가시광선 범위에서 광 투과율의 분포 면적 80.43에 비 해 각각 7.26%, 9.52% 및 10.08% 더 감소한 것으로 나 타났다. 청색광 범위에 대한 광 투과율 분포 면적(a.u.) 은 굴절률 1.56, 1.60 및 1.67에서 각각 20.82, 18.46 및 18.27로 나타났으며, 렌즈가 없는 경우 청색광 범위에 서 광 투과율의 분포 면적 24.84에 비해 각각 16.18%, 25.68% 및 26.44% 더 감소한 것으로 나타났다.
CCL의 굴절률이 증가할수록 전체 가시광선 및 청색광 범위의 광 투과율은 더 감소한 것으로 나타났으나, 모두 통계적으로 유의한 차이가 발견되지 않았다(p＞0.050).
2. 재질 방식 청색광 차단 렌즈의 광 투과율 및 분포 면적
재질 방식으로 제작된 청색광 차단 렌즈(BML)의 가 시광선에 대한 광 투과율의 측정 결과는 Table 2 및 Fig. 3과 같다.
전체 가시광선 범위에 대한 BML의 광 투과율 분포 면 적(a.u.)은 굴절률 1.56, 1.60 및 1.67에서 각각 68.48, 69.42 및 69.35로 나타났으며, CCL에 비해 각각 8.19%, 4.60% 및 4.10% 더 감소하였다. 청색광 범위의 광 투 과율 분포 면적(a.u.)은 굴절률 1.56, 1.60 및 1.67에 서 각각 15.60, 16.23 및 16.39로 나타났으며, CCL에 비해 각각 25.07%, 12.08% 및 10.29% 더 감소하였다.
CCL과 다르게 BML은 굴절률에 증가함에 따라 전체 가시광선 및 청색광 범위의 광 투과율은 증가한 후 다시 감소하는 것으로 나타났으나, 통계적으로 유의한 차이가 발견되지 않았다(p＞0.050). 또한, 모든 굴절률에서 CCL 에 비해 BML의 광 투과율은 더 감소하였으나, 모두 통 계적으로 유의한 차이가 발견되지 않았다(p＞0.050).
3. 제조 방식별 청색광 차단 렌즈의 광 투과율 및 분포 면적
굴절률 1.60에서 제조 방식별 청색광 차단 렌즈(BML, BTL, BCLa 및 BCLb)의 가시광선에 대한 광 투과율의 측 정 결과는 Table 3 및 Fig. 4와 같다. 전체 가시광선 범위 에 대한 BML, BTL, BCLa 및 BCLb의 광 투과율 분포 면적(a.u.)은 각각 69.41, 66.90, 68.76 및 69.45로 나 타났으며, BML에 비해 BTL 및 BCLa은 각각 3.63%, 0.95% 더 감소하였으나 BCLb는 0.04% 더 증가하였다.
청색광 범위의 광 투과율 분포 면적(a.u.)은 각각 16.23, 14.49, 15.59 및 15.86로 나타났으며, BML에 비해 각각 10.72%, 3.94% 및 2.28% 더 감소하였다. 이때, BCLb에 비해 BCLa의 전체 가시광선 및 청색광 범위의 광 투과율 이 더 감소한 것으로 나타났으나, 통계적으로 유의한 차이 가 발견되지 않았다(p＞0.050). 또한, 전체 가시광선 및 청색광 범위의 광 투과율은 BML, BCLb, BCLa 및 BTL 순으로 더 감소한 것으로 나타났으나, 모두 통계적으로 유 의한 차이가 발견되지 않았다(p＞0.050).
4. 제조 방식별 청색광 차단 렌즈의 청색광 위험 함수 및 분포 면적
제조 방식별 청색광 차단 렌즈의 투과된 광선에 대한 청 색광 위험 함수 및 분포 면적은 Table 4및 Fig. 5와 같다.
현재 국제 표준(ISO 13666)에 따르면 망막 손상을 유발시키는 유해한 청색광의 분포를 파악하기 위한 방법 으로 청색광 차단 렌즈의 광 투과율에 청색광 위험 함수 를 가중하여 산출하는 방법이 사용되고 있다. 이에 따 라, 본 연구에서 측정된 굴절률 1.60의 CCL 및 제조 방 식별 청색광 차단 렌즈(BML, BTL, BCLa 및 BCLb)의 청색광 범위(380~500 nm)에서 투과된 광선에 대한 차 단 효과를 확인하였다.
각 렌즈에 의해 투과된 광선 중 망막에 가장 높은 손 상을 줄 수 있는 유해한 광선은 440 nm 범위로, Fig. 5(b)에서 제시된 각 렌즈의 청색광 위험 함수를 적분하 여 정성적 분석을 수행하였다. 이때, CCL, BML, BTL, BCLa 및 BCLb에 의한 청색광 위험 함수의 분포 면적 (a.u.)은 각각 12.08, 10.88, 9.21 및 10.14로 나타났 으며, CCL 렌즈에 비해 BML, BTL, BCLa 및 BCLb는 각각 9.93%, 23.75%, 16.06% 및 12.17% 감소한 것으 로 나타났다.
Ⅳ. 고 찰
Kim 등12)은 국제표준에 의거한 청색광 차단 렌즈의 청색광 차단율을 평가한 연구에서 코팅 방식의 청색광 차단 렌즈는 광 투과율이 높은 경향이 있었고, 착색 방 식의 청색광 차단 렌즈는 청색광 범위의 차단율이 높은 경향이 있는 것을 발견하였다. 본 연구에서도 마찬가지 로 440 nm의 유해한 청색광에 대한 차단 효과는 착색 방식의 청색광 차단 렌즈(BTL)에서 가장 높았으며, 코 팅 방식의 청색광 차단 렌즈(BCLa 및 BCLb)는 BTL 보 다 낮은 것으로 나타났다. 또한, 재질 방식의 청색광 차 단 렌즈(BML)는 두 제조 방식 보다 더 낮은 것으로 나 타났다. BTL의 이와 같은 높은 청색광 차단 효과는 제 조 시 사용되는 착색 염료에 따른 특성으로, 착색된 농 도에 따라 청색광이 흡수되므로 일부 범위의 청색광이 차단된다. 일반적으로 착색 시간에 따라 염료의 농도를 변화시킬 수 있으므로 차단율의 조정이 상대적으로 용이 하지만, 청색광의 흡수율이 지나치게 높은 경우 일부 가 시광선 범위까지 차단되므로 시감투과율이 감소하고 착 용 시 염료 색이 피부에 드러나는 미용상 단점이 존재할 가능성이 있다.
BCLa 및 BCLb와 같은 코팅 방식의 청색광 차단 렌 즈는 일반적으로 코팅 시 증착되는 표면의 재질, 층수 및 두께와 같은 변수로 차단율을 조정할 수 있으며, 코 팅면의 적절한 설계를 통해 특정 파장에 집중된 반사율 을 선택할 수 있다. 하지만 코팅면의 반사율이 증가할수 록 미광 및 유령상에 따른 의도하지 않은 상의 흐림이 발생할 수 있다고 판단된다. 본 연구에서 나타난 BCLa 및 BCLb의 전반적인 차이점은 BCLa의 제조에 사용된 모노머에 투입된 차단제의 차이에 따른 것으로, 이에 따 라 BCLa는 BTL에 비해 낮고, BCLb 보다는 높은 차단 효과를 나타냈으나 보다 정확한 차이점의 비교를 위해 두 렌즈의 굴절률 변화에 따른 후속 연구가 필요하다.
BML은 일반 코팅 렌즈(CCL)와 매우 유사한 외형 및 코팅면을 가지므로 착색 방식의 염료에 따른 미용상 문 제점 및 코팅 방식의 렌즈 표면 반사에 따른 유령상과 같은 시각적 문제점이 일부 개선된 것으로 예측된다.
Song 등13)의 연구에 따르면, 다수의 렌즈 조제 업체 에서 생산된 청색광 차단 렌즈는 굴절력이 증가함에 따 라 청색광 차단 효과가 높아지는 것으로 나타났으며, 450 nm 보다 410 nm 범위의 청색광 영역에서 더 높은 차단율을 보이는 것으로 제시하였다.
이 결과에 더하여, 본 연구는 재질 방식의 청색광 차단 렌즈의 1.56, 1.60 및 1.67 굴절률에 대한 청색광 차단 효과를 비교하였으며, BML의 경우 굴절률이 증가할수록 차단 효과가 감소한 후 다시 증가하는 것을 발견하였다. 이러한 경향은 굴절력이 높아질수록 높은 굴절률의 렌즈 를 주로 권유하고 있는 우리나라에서 착용자의 굴절력에 따른 보다 적합한 굴절률의 청색광 차단 렌즈를 선택할 수 있도록 배려하는 안경사의 세심한 주의가 요구된다. 하지만 보다 면밀한 분석을 위해서는 후속 연구를 통해 재질 방식의 청색광 차단 렌즈에서 굴절력 증가에 따른 청색광 차단 효과를 확인할 필요가 있다고 판단된다.
Yu 등14)의 연구에 따르면, 임상에서 안경사가 보다 적 절한 청색광 차단 렌즈를 선정하기 위해서 착용자가 사용 하는 디스플레이의 분석이 반드시 필요하며, 디스플레이 특성에 따라 청색광 차단 효과가 달라진다고 제시하였다. 또한, Lee 등15)은 광 투과율이 높은 코팅 방식의 청색광 차단 렌즈는 투과된 광선에서 청색광의 함유 면적이 크 고, 오히려 착색 방식의 청색광 차단 렌즈는 전체 가시광 선 범위의 청색광 함유 면적이 작아 물체의 본래 색상이 왜곡되는 문제점이 발생할 수 있다고 주장하였다.
본 연구에서도 마찬가지로 BTL은 다른 청색광 차단 렌즈에 비해 가장 높은 청색광 차단 효과를 보였으나, 가시광선 전체 영역에서 광 투과율 역시 감소되어, 물체 본래 색상의 왜곡, 대비 시력 저하와 같은 시각적 부작 용이 발생될 것으로 예측된다.
지금까지 우리나라는 어떠한 청색광 차단 렌즈가 가장 좋은 처방이 될 수 있는가에 대한 명확한 규정이 없으며, 렌즈 제조업체 역시 생산하고 있는 청색광 차단 렌즈에 대한 차단 효과가 각각 다르다. 따라서 임상에서 보다 적 절한 처방을 위해서 안경사는 착용자의 일상생활에서 청 색광 노출 정도, 사용하는 디스플레이 광원의 종류 및 미 용상 선호도를 분석하는 별도의 노력이 필요하다.
현재 임상에서 사용되고 있는 재질 방식의 청색광 차 단 렌즈는 다른 제조 방식의 청색광 차단 렌즈에 비해 청색광 차단 효과는 낮았으나, 일반 코팅 렌즈와 외형이 유사하므로, 상대적으로 청색광 노출 시간이 적고, 미용 상 특성에 민감하거나, 기존 청색광 차단 렌즈 착용에 따른 불편함을 경험한 대상에게 보다 적합한 선택이 될 수 있다고 판단된다.
Ⅴ. 결 론
제조 방식별 청색광 차단 렌즈의 청색광 범위의 광 투과 율, 분포 면적 및 차단 효과를 분석한 결과는 다음과 같다.
첫째, 일반 코팅 렌즈(CCL)는 알려진 것과 같이 굴절 률이 증가할수록 반사율 증가에 따른 광 투과율 및 분포 면적은 더 감소하였으며 통계적으로 유의한 차이가 나타 나지 않았으며(p＞0.050), 440 nm의 유해한 청색광에 대한 차단 효과는 거의 없는 것으로 나타났다.
둘째, 재질 방식의 청색광 차단 렌즈(BML)는 CCL과 다르게 굴절률이 증가할수록 광 투과율 및 분포 면적은 증가한 후 감소하였으나 통계적으로 유의한 차이가 나타 나지 않았다(p＞0.050). 또한, 440 nm의 유해한 청색 광에 대한 차단 효과는 CCL보다 높은 것으로 나타났지 만, 다른 제조 방식인 BTL, BCLa 및 BCLb 보다는 낮 은 것으로 나타났다.
셋째, 착색 방식의 청색광 차단 렌즈(BTL)는 BML, BCLa 및 BCLb에 비해 440 nm의 유해한 청색광에 대 한 차단 효과가 가장 높은 것으로 나타났다.
넷째, 코팅 방식의 청색광 차단 렌즈(BCLa 및 BCLb) 는 두 렌즈 모두 BML에 비해 440 nm의 유해한 청색광 에 대한 차단 효과는 높은 것으로 나타났으며, BCLa 보 다 BCLb가 더 높고, BTL 보다는 낮은 것으로 나타났다.
이상으로 재질 방식의 청색광 차단 렌즈는 다른 제조 방식의 청색광 차단 렌즈에 비해 착용자 관점에서 시각 적 및 미용적 불편함은 개선되었으나, 청색광 차단 효과 는 상대적으로 낮았으며, 굴절률 증가에 따른 광 투과율 의 증가와 같은 특성이 발견되었다. 따라서 안경사는 재 질 방식의 청색광 차단 렌즈를 권유함에 있어, 착용에 보다 적합한 대상을 선별하고 사용환경을 함께 고려하는 세심한 전문가적 노력이 필요하다고 생각한다.
