Ⅰ. 서 론

일상생활에서 사용하는 조명은 단순히 실내를 밝히는 역할을 넘어서 인간의 심리적, 감성적 반응을 고려하여 목적에 맞게 사용된다.¹⁾ 광원에는 백열등, 형광등, LED 등 다양한 종류가 있으며, 그 중 LED 광원은 에너지 절감, 긴 수명, 친환경성, 다양한 색 구현 등의 장점으로 인해 가장 많이 활용되고 있다. 특히, 상업 공간에 적용하는 사례가 증가하고 있다.

고성능 LED 제품도 등장하고 있으나 여전히 많은 LED 광원은 형광등이나 백열등과 같은 기존 광원에 비해 상이한 분광분포를 가지고 있어 색보임(color appearance)에 차이가 발생한다.²⁾ 아울러 연색지수(Color Rendering Index, CRI)가 낮아 인간의 감성적, 심리적 반응뿐만 아니라 시각적인 작업에 차이를 발생시킨다는 단점이 있다.³⁾ 이로 인해 소비자들은 안경원이나 백화점 등 다양한 인공 광원 아래에서 제품을 확인한 후, 실외로 나왔을 때 제품 색상이 다르게 보이는 조명광 조건등색(illuminant metamerism) 현상을 경험하게 된다.⁴⁾ 조건등색은 광원의 변화에 따라 동일한 분광 반사율을 가진 물체의 색채지각이 달라지는 현상으로, 실외의 태양광과 실내 인공광 환경 간에 발생하는 색차가 대표적인 예시가 될 수 있다.^5,6) 일부 연구에서는 색온도와 연색성이 적절히 조정된 LED 광원을 사용할 경우, D₆₅ 광원과 비교하여 색보임 왜곡을 최소화 할 수 있다고 보고하였고,⁷⁾ LED 광원이 과거에 비해 기술적으로 정교해지고 정확한 색 재현이 가능할 수 있게 되었음을 제시하였다.

이러한 배경 속에서 광원에 따른 색보임 관련 선행연구를 살펴보면 주로 광원 환경에 따른 색보임과 색 이미지 변화,^8-11) 세 가지 광원 간 비교(D₆₅, TL84, A),¹²⁾ 색온도가 다른 LED 광원 간의 비교¹³⁾ 등의 연구가 주로 진행되어왔다. 또한 LED 광원의 색보임 차이를 다룬 연구도 존재하지만,¹⁴⁾ 대부분 광원 간 기술적 특성 차이에만 주목하였을 뿐, 실내와 실외 환경 간의 색보임 변화에 대한 직접적인 분석은 거의 이루어지지 않았다.

실제로 이러한 문제는 소비자 경험을 통해서도 확인 할 수 있다. 상업 공간에서 소비자가 실내에서 본 제품의 색상이 실외로 나갔을 때 다르게 보인다고 느끼는 경우가 적지 않다. 이러한 색보임 차이는 광원의 분광특성 차이에 기인하며, 제품 인식뿐만 아니라 구매 결정에도 중요한 영향을 미치는 시각적 요인이다.

그러나 실내외 환경의 광원을 정확하게 통제하여 측정하는 것은 한계가 있으므로 본 연구에서는 실내조명을 대표하는 LED_6500K와 실외 자연광을 모사하는 표준광원 D₆₅를 사용하여 광원 조건에 따른 색보임 차이를 알아보고자 한다. 이를 위해 Farnsworth-Munsell 100 색상 검사를 이용하여 두 광원 아래에서의 색보임 오류(total error score, TES)를 측정하고, 연령과 성별에 따른 색채구별 능력도 함께 비교 분석하였다. 이를 통해 소비자와 안경 관련 종사자들이 실내외 광원 변화에 따른 색상 차이를 이해하고, 연령과 성별 등 개인 특성을 반영한 조명 환경 설계 및 고객 응대에 활용할 수 있는 기초자료를 제공하는 데 의의가 있다. 나아가, 안경사 교육 및 현장 실무 교육 자료로도 활용될 수 있기를 기대한다.

Ⅱ. 대상 및 방법

1. 대상

본 연구의 내용을 이해하고 자발적으로 참여에 동의한 성인 남녀 100명을 대상으로 하였다. 대상자는 시력과 색채지각에 영향을 미칠 수 있는 전신질환이나 안질환이 없으며, 교정시력은 0.9 이상이었다. 또한 색채구별 능력을 평가하는 실험이므로 사전검사로 이시하라 색각검사를 실시하여 이상이 없는 경우에만 참여하였다. 연구는 건양대학교 임상시험위원회(IRB)에서 승인을 받은 후 진행하였다 (KYU-2020-071-01).

연령에 따른 색채구별 능력을 비교하고자 20~30대와 50~60대 두 연령 집단으로 대상자를 선별하였다. 20~30대는 시각 기능이 안정적인 청년층, 50~60대는 노화로 인한 기능 저하가 뚜렷하게 나타나는 장년층을 대표하며, 40대는 변화가 진행되는 중간 단계에 해당하므로 세대 간 차이를 명확히 비교하기 위해 대상에서 제외하였다. 20~30대 50명의 평균 연령은 25.48±5.41세(남: 22명, 평균 연령 27.95±6.48세, 여: 28명, 평균 연령 23.53±3.40세), 50~60대 50명의 평균 연령은 58.98±5.76세(남: 28명, 평균 연령 59.64±5.43세, 여: 22명, 평균 연령 58.14±6.17세)이었다.

2. 방법

1) 광원

사용된 D₆₅ 광원은 태양광을 모사한 D₆₅ 광원의 일종인 Daylight 6500 Proindustry(Just Normlicht. Germany, 연색지수 98.3), 사용된 LED 광원은 D₆₅와 동일한 색온도를 갖는 LED_6500K(Lightek Electronics, LG-5630WKZ-DT-1- P-CRH, Lithuania, 연색지수 85)을 사용하였다. 광원의 순서는 무작위로 제시하였으며, 1000 lx로 고정하여 실험하였다.

2) 색상검사

색채구별 능력을 비교하기 위해 색상배열검사의 한 종류로 색채오류에 대한 정량적 측정이 가능한 Farnsworth- Munsell 100 색상검사(FM 100 색상검사)를 사용하였다. 85개 색상의 작은 원형의 칩으로 구성되어있으며, 대상자는 점차 색상이 변하는 순서에 맞게 원형 칩을 배열한다. 배열 완료 후 FM 100 색상검사의 계산법에 따라 TES를 구한다. TES는 인접한 색상을 구별하지 못하여 나타나는 색채오류이며, TES가 크다는 것은 색채구별의 오류가 크다는 것을 의미한다.^15,16)

3) 자료분석

통계학적 분석은 SPSS ver. 28.0(SPSS Inc., Chicago, IL, USA)를 사용하였고, 비교에 따라 독립표본과 대응표본 t-검정으로 분석하였다. 신뢰구간은 95%로 설정하여 유의수준(p-value)이 p<0.050일 때 통계적으로 유의한 것으로 간주하였다.

Ⅲ. 결과 및 고찰

1. 광원에 따른 비교

본 연구에 사용된 두 광원의 분광분포(Relative Spectral Distribution)를 Fig. 1에 제시하였다. 사용된 D₆₅ 광원은 LED_6500K 광원과 비교했을 때 가시광선 영역에서 실제 태양광과 유사한 분포를 보이지만, LED_6500K 광원은 약 450 nm 부근에서 뚜렷한 피크가 나타나며, 그 외 파장대에서 는 상대적으로 낮고 불균일한 분포를 보인다. 이는 두 광원에서 색보임의 차이를 유발할 수 있는 요인으로 작용할 수 있다. 두 광원의 분광특성을 고려할 때 D₆₅와 LED_6500K 조건에서 TES 차이가 발생할 수 있음을 예상할 수 있으며, 이에 따라 본 연구에서는 두 광원 조건에서 TES를 비교하여 색채구별 능력을 알아보았다.

D₆₅ 및 LED_6500K 각각의 광원 환경에서 FM 100 색상검사를 하여 얻은 TES의 평균을 전체 대상자, 연령별(20~30대, 50~60대), 성별(남성, 여성)로 분류하여 Table 1에 제시하였다. 증가량(increase)과 증가율(increase rate, %)은 D₆₅ 광원의 TES를 기준으로 하였다.

대상 전체의 광원에 따른 TES를 비교한 결과, D₆₅ 광원에서 52.9±42.4, LED_6500K 광원에서 63.8±43.5로 10.8(20.6%)만큼 유의미하게 증가하였다(p<0.001). 이는 광원의 스펙트럼 특성이 색채구별 능력에 실질적으로 영향을 미친다는 기존 연구¹⁷⁾와 같이 LED 광원의 스펙트럼으로 인해 색보임 오류를 유발할 수 있음을 의미한다.

20~30대 대상자 전체는 D₆₅ 광원에서 28.9±25.0, LED_6500K 광원에서 38.1±26.4로 9.2(31.8%)만큼 유의미하게 증가하였다(p<0.010). 20~30대 남성의 경우, D₆₅ 광원에서 33.2±21.6, LED_6500K 광원에서 45.4± 23.4로 12.4(36.2%)만큼 유의미하게 증가하였다(p<0.050). 20~30대 여성의 경우 D₆₅ 광원에서 25.6±27.3, LED_6500K 광원에서 32.3±27.6으로 6.7(26.2%) 만큼 유의미하게 증가하였다(p<0.010).

50~60대 대상자 전체는 D₆₅ 광원에서 76.9±42.9, LED_6500K 광원에서 78.4±39.0로 12.5(16.2%)만큼 유의미하게 증가하였다(p<0.010). 50~60대 남성의 경우, D₆₅ 광원에서 72.2±38.3, LED_6500K 광원에서 78.4±39.0로 6.2(8.6%)만큼 증가하였으나 통계적으로 유의미하지 않았다. 50~60대 여성의 경우 D₆₅ 광원에서 83.0±48.4, LED_6500K 광원에서 103.5±42.8로 20.5(24.7%)만큼 유의미하게 증가하였다(p<0.010). 50~60대 남성에서만 광원 간 TES 차이가 유의미하지 않았고, 50~60대 여성의 TES 값이 여러 조건 중 가장 높게 나타난 것은, 연령과 성별에 따른 시각적 특성 차이가 복합적으로 영향을 준 것으로 추측할 수 있다.

성별로 분류하여 TES를 비교한 결과, 남성 전체는 D₆₅ 광원에서 55.0±37.3, LED_6500K 광원에서 63.9±36.7로 8.9(16.1%)만큼 유의미하게 증가하였다(p<0.050). 여성 전체는 D₆₅ 광원에서 50.8±47.3, LED_6500K 광원에서 63.6±49.8로 17.8(25.1%)만큼 유의미하게 증가하였다(p<0.001).

이상의 내용을 종합해 보면, 모든 TES 값은 D₆₅ 광원 대비 LED_6500K 광원에서 일관되게 증가하였다. LED 광원의 스펙트럼 분포로 인해 광원 변화에 따른 색보임 오류가 더 크게 나타날 수 있다고 보고한 선행 연구²⁾와 동일한 결과이며, LED_6500K 광원 환경에서 큰 TES를 통해 색채구별 능력이 저하됨을 정량적으로 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 소비자가 LED 조명 아래에서 선호 색상을 선택하더라도, 실외에서 제품을 확인할 때 색상 차이를 지각할 가능성이 있음을 보여준다.

본 연구에서는 각 집단의 TES 증가량과 증가율(%)을 함께 제시하였다. 일반적으로 동일한 증가량이라도 기준값이 작은 집단에서는 증가율이 더 높게, 기준값이 큰 집단에서는 상대적으로 증가율이 낮게 나타난다. 실제로 본 연구의 20~30대와 같이 TES의 기준값이 낮은 집단에서는 비교적 작은 증가량에도 불구하고 높은 증가율이 관찰되었다. 이러한 특성을 고려하여 본 연구에서는 광원에 따른 색채구별 능력의 차이를 증가율로 구체적으로 비교하였다. 그 결과 LED_6500K 광원에서의 TES는 D₆₅ 광원 대비 최소 8.6%에서 최대 36.2%까지 증가하였고 20~30대 남성 집단의 TES 증가율이 가장 높았다. TES는 낮더라도 광원 변화에 색보임이 크게 반응하는 집단이 존재함을 확인할 수 있었다. 또한, 색채구별 능력은 광원 변화에 의한 영향이 연령과 성별에 따라 다르게 나타날 수 있음을 알 수 있었다. Wallace 등¹⁸⁾은 어린 시기부터 남성이 여성보다 밝은 광 환경에 더 자주 노출되어 남성의 광 반응도가 더 높게 나타난다는 사실을 보고한 바 있다. 이는 광원 변화에 대한 남성과 여성의 시각 반응이 다소 다를 수 있다는 가능성을 보여준다. 이러한 점은 본 연구에서 청년층 남성이 가장 높은 증가율(36.2%)을 보인 결과와 관련지어 더 자세한 연구가 필요할 것으로 판단된다.

이¹¹⁾의 연구에서는 청년층을 대상으로 다양한 광원을 사용하여 TES를 분석하였다. 본 연구는 20~30대와 50~60대 두 연령층을 대상자로 하였으나, 연령대의 일치를 위해 본 연구의 20~30대 결과와 이의 연구를 비교하였다. 이의 연구에서는 표준광원 D₆₅, C, TL84(형 광등), A(백열등) 광원에 대한 TES를 다음과 같이 제시하였다.

(D₆₅ 29.6)＜(C 41.9)＜(TL84 55.0)＜(A 81.4)

이러한 결과에 본 연구 20~30대 대상자의 D₆₅ 광원과 LED_6500K 광원에서의 TES를 고려하여 다시 정리하면 다음과 같다.

(본 연구 D₆₅ 28.9)≒(이의 연구 D₆₅ 29.2)＜ (LED_6500K 38.1)＜(C 41.9)＜(TL84 55.0)＜(A 81.4)

두 연구에서 모두 D₆₅ 광원에서 TES 값이 가장 낮게 나타났으며, 본 연구 D₆₅ 광원의 TES를 기준으로 할 경우 LED_6500K, C, TL84, A 광원의 TES는 각각 31%, 44%, 90%, 180% 높은 수준이었다. 이를 통해 색채구별 능력은 D₆₅ 광원에서 가장 뛰어나고, LED_6500K 광원에서는 D₆₅ 광원에 비해 다소 저하된다는 것을 확인할 수 있었다. 그러나 현재 사용되는 실내 광원만 비교했을 때, LED_6500K 광원을 기준으로 TL84, A 광원의 TES는 각각 44%, 113% 높게 나타났다. 즉, LED_6500K 광원은 TL84, A 광원에 비교하여 상대적으로 우수한 색채구별 능력을 제공한다고 할 수 있다. LED_6500K 광원은 기존 형광등, 백열등, C 광원보다 색보임 오류가 적어 안경원과 같은 상업 공간에서의 사용이 적합하고 할 수 있다.

2. 연령에 따른 비교

연령에 따른 색채구별 능력의 차이를 확인하기 위해 각 광원에서 20~30대와 50~60대의 TES 평균을 Table 2에 제시하였다. 증가량과 증가율(%)은 20~30대를 기준으로 하였다.

D₆₅ 광원에서 20~30대의 TES 평균은 28.9±25.0, 50~60대는 76.9±42.9로 연령 증가에 따라 TES가 48.0(166%)만큼 유의미하게 증가하였다(p<0.001). LED_6500K 광원에서도 20~30대 38.1±26.4, 50~60대 89.5±42.2로 51.4(135%)의 증가가 나타나 두 광원 모두에서 연령에 따라 TES가 유의미하게 증가하였다(p<0.001). D₆₅ 광원에서의 증가율이 LED_6500K 광원보다 더 큰 것으로 나타났으며, 이는 연령 증가에 따라 D₆₅ 광원에서 색보임 변화가 더 크게 나타나는 것을 보여준다.

Table 1에서 광원 변화에 따른 TES 증가율이 최소 8.6%에서 최대 36.2%인 반면, 연령 변화에 따른 TES 증가율은 D₆₅ 광원에서 166%, LED_6500K 광원에서 135%로 나타나 연령 변화에 따른 증가폭이 훨씬 더 컸다. 이는 색채구별 능력에 있어서 광원 조건과 비교하여 연령 조건의 영향력이 더 크다는 점을 뚜렷이 보여준다. 이러한 결과는 장년층에서 색채구별 능력이 현저히 저하된다는 기존 연구와 유사한 경향을 보인다. 실제로 노화에 따라 발생하는 수정체의 탄성 저하, 황변, 망막 감도 저하 등의 생리적 변화는 색 식별 능력과 색 대비 감도를 감소시키고, 반응 속도의 지연으로 인해 색보임 오류를 증가시키는 것으로 보고된 바 있다.^19-21) 본 연구 역시 이러한 연령 관련 변화를 TES 점수로 정량적으로 확인할 수 있었다.

Kinnear 등²²⁾은 광원 조건을 명시하지 않고 연령별 TES 평균을 제시하였다. 20~30대 평균 TES 47, 50~60대의 평균 TES 105로 보고하여 약 123%의 증가한다는 것을 알 수 있었다. 이에 비해 본 연구에서는 D₆₅ 광원에서 166%, LED_6500K 광원에서 135%의 증가율이 나타남으로써 연령 증가에 따른 색채구별 능력 저하가 더 크게 나타났다. 그러나 두 연구 모두 연령에 따른 색채구별 능력 저하가 일관되게 관찰되었으며, 이는 광원 조건과 관계없이 연령이 색보임에 중요한 영향을 미치는 요인임을 알 수 있다.

연령대별 TES와 증가율을 구체적으로 제시함으로써 연령 증가에 따라 색보임 오류가 어느 정도 변화하는지 객관적으로 확인할 수 있었으며, 변화의 양상을 명확히 인식할 수 있었다. 따라서 이러한 차이를 충분히 인식하고 고객 응대 시 연령별 특성을 고려한 안내가 이루어져야 한다.

3. 성별에 따른 비교

성별에 따른 색채구별 능력의 차이를 확인하기 위하여 각 광원에서 남성과 여성의 TES 평균을 Table 3에 제시하였다. 증가량과 증가율(%)은 남성을 기준으로 하였다.

D₆₅ 광원에서 남성의 TES 평균은 55.0±37.3, 여성은 50.8±47.3으로, -4.2(-7.6%)로 유의미하지 않았다. LED_6500K 광원에서 남성 63.9±36.7, 여성 63.6± 49.8로, 차이가 –0.3(-0.4%)으로 나타났으며, 역시 유의미하지 않았다. 즉, 두 광원에서 TES는 성별에 따라 유의미한 차이가 나타나지 않았고, 이러한 결과는 선행연구와도 일치한다. 지 등¹¹⁾은 LED 광원 아래에서 남녀가 느껴지는 감성을 수치화한 결과, 성별 간 유의미한 차이가 없음을 확인하였고, 다양한 연구^21,23)에서도 남녀를 대상으로 색채구별 능력을 검사한 결과 성별에 따른 유의미한 차이는 없다고 보고하였다. 이들 연구에서는 남성과 여성 모두 전 색상에 대해 유사한 TES 분포를 보였으며, 연령이나 광원 조건이 색채구별 능력에 더 큰 영향을 준다고 분석하였다. 따라서 본 연구에서도 성별은 색채구별 능력에 본질적인 차이를 유발하지 않으며, 광원 조건과 연령이 더 중요한 요인임을 확인할 수 있었다. 다만, 성별 비교 결과는 연령 요인에 영향을 받을 수 있으므로 제한된 해석이 필요하다.

4. 성별 및 연령에 따른 교차 비교

앞선 분석에서는 연령과 성별에 따른 TES를 각각 독립적으로 고찰하였으나, 실제로 색보임에 있어서 두 요인이 상호작용하며 복합적으로 작용할 가능성이 크다. 이에 연령과 성별을 동시에 고려한 TES 차이를 추가로 분석하고자 하였다. 20~30대의 남성 22명, 여성 28명, 50~60대의 남성 28명, 여성 22명으로 네 개의 소집단으로 분류하여, 보다 구체적인 해석을 시도하였다. Fig. 2에 D₆₅ 광원, LED_6500K 광원에서의 연령과 성별에 따른 TES의 교차 비교 결과를 제시하였다.

집단 간 TES를 분석한 결과, 동일 연령대 내 성별 차이는 대부분 유의미하지 않았으나, LED_6500K 광원에서 의 50~60대 집단에서만 유의미한 차이가 나타났다(50~60s: LED_6500Kp<0.050). 반면, 동일 성별 내 연령 증가에 따른 TES 차이는 모든 조건에서 유의미하게 나타났다(p<0.001). Knoblauch²¹⁾, Kinnear²²⁾ 등의 선행연구에서는 성별 차이는 나타나지 않았으며, 색채구별 능력은 연령의 영향을 더 크게 받는다고 보고하였다. 그러나 본 연구에서는 LED_6500K 광원의 50~60대 집단에서 예외적으로 성별 차이가 관찰되었다. Bimler 등²⁴⁾은 장년층 집단에서 여성과 남성의 색채구별 능력이 차이가 존재하며, 이러한 차이가 청년층보다 장년층에서 크게 나타날 수 있다고 하였다. 이는 연령 증가에 따른 노화와 광원의 스펙트럼 특성이 성별 요인과 복합적으로 작용했을 가능성을 보여주며, 이번 연구에서 확인된 성별 차이는 이러한 선행연구와 일부 일치한다. 다만, 단일 집단에서만 나타난 제한적 결과이므로 이러한 결과를 일반화하기에는 한계가 있다. 따라서, 광원의 스펙트럼 특성, 연령 증가에 따른 변화, 성별 요인 간 상호작용을 확인하기 위한 추가 연구가 필요하다고 사료된다.

이상을 종합하면, LED_6500K 광원은 D₆₅ 광원보다 색보임 오류가 다소 크지만, 다른 실내 광원에 비해 상대적으로 오류가 적어 실내조명으로 적합하다고 볼 수 있다. 또한, 장년층은 색채구별 능력이 전반적으로 저하되고, 청년층은 특정 광원 조건에서 색보임 차이가 나타날 수 있으므로 주의가 필요하다. 따라서 모든 연령대에서 제품의 정확한 색보임을 위해 연색성이 좋은 D₆₅ 광원을 사용하는 것이 바람직하나, 실제 상업 공간에서는 비용적 제약과 LED가 갖는 여러 장점으로 인해 LED 광원이 보편적으로 사용되고 있다. 그러므로 안경사들은 이러한 특성을 이해하고, 안경렌즈 및 안경테 색상, 선글라스, 컬러 콘택트렌즈 등의 제품 선택이나 조명 조건이 개입된 상담 과정에서 대상자의 특성에 따라 색보임 오류 가능성을 예측하고 설명할 수 있어야 한다. 결과적으로, 본 연구는 안경원 실무 현장에서 제품 진열, 조명 선택, 고객 응대 등 다양한 상황에서 색보임 차이에 대한 이해와 판단을 돕는 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대한다.

Ⅳ. 결 론

FM 100 색상검사를 이용하여 태양광 환경과 가장 유사한 D₆₅ 광원과 동일한 색온도를 갖는 LED_6500K 광원 아래에서 색보임의 차이를 광원, 연령, 성별에 따라 알아본 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.

첫째, LED_6500K 광원 환경에서 D₆₅ 광원 환경보다 색채구별 능력이 저하되지만, 기존의 실내 광원과 비교하면 실내 환경에서 D₆₅ 광원의 대체 광원으로 적합하다.

둘째, 청년층은 광원 변화에 더 크게 반응하여, 안경원의 컬러 콘택트렌즈 부스나 편집숍 등 청년층이 주요 고객인 공간에서는 조명이 상품 인지 및 구매 결정에 크게 영향을 미칠 수 있다. 그러므로 연령별 특성을 고려한 조명 사용 및 고객 안내가 필요하다.

셋째, 높은 연령에서 색보임 오류가 크게 나타났다. 따라서 장년층을 위한 공간에는 연색성이 높은 광원을 선택하여 보다 정확한 색보임이 이루어지도록 해야 한다.

본 연구는 광원, 연령, 성별에 따른 색보임 차이를 정량적으로 제시하여, 실내 환경에서 대상자 특성에 따라 적합한 조명을 선택하고 고객 응대에 참고할 수 있는 객관적 근거를 제공한다. 향후 다양한 조명 조건과 실제 생활 환경을 반영한 추가 연구가 필요하다.