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시중에서 유통되고 있는 청색광 측정기들에 시용된 광원을 분석하기 위하여 분광복사조도(spectral irradiance, W/m²·nm)를 측정한 후, 상대적 크기로 환산하여 Fig. 2(a)~(e)에 ●으로 나타내었다. 5종의 청색광 측정기는 각각 M1, M2, M3, M4, M5로 나타내었다. 측정값들의 분포는 파장 400 nm 전후를 중심으로 선폭이 좁은 피크(peak) 모양을 하고 있다. 가우스 분포를 맞춤곡선(fitting curve)으로 회귀분석 하여 각 광원의 분광분포 S_Mi(λ)(i=1,2, 3,4,5)를 구한 후, 그림에 실선으로 나타내었다. 피크파장(peak wavelength)과 선폭(full width at half maximum, FWHM)을 각각 λp과 Δλp로 표기하여 그림의 우측상단에 제시하였다. 5종의 측정기 광원에서 방출되는 가시광선에 대한 피크파장 λp은 388~416 nm 범위에 분포되어 있었고, 선폭 Δλp은 M4에서 7 nm로 가장 협소하였다.

Fig. 2. 
Spectral power distributions of 5 kinds of blue light meters in the market.

각 청색광 측정기에 사용된 광원의 분광분포 S_Mi(λ)를 청색광 위험함수 B(λ) 및 일상의 LED 광원에서 방출되는 청색광 분포 SBLEDλ와 비교하기 위하여 Fig. 1과 Table 1에 함께 나타내었다.

(i) 광원의 색상: 눈은 가시광선을 violet(400 nm), blue(460 nm), blue-green(507 nm), green(530 nm), yellow-green(555 nm), yellow(590 nm), orange(600 nm), red(650 nm)의 색상으로 느낀다.^[11] 이에 따르면 Table 1에 제시된 5종의 측정기 광원에서 방출되는 가시광선은 사실상 청색(blue) 계열이 아닌 자색(violet) 계열에 속한다는 것을 알 수 있다.

(ii) S_Mi(λ) vs B(λ): B(λ)에 따르면 청색광 위험도는 파장 435~440 nm에서 1.0으로 최대이고 이 파장대를 벗어나면 현저히 줄어든다.^[1] Table 1에 제시된 각 청색광 측정기 광원들의 피크파장 λp은 청색광 위험도가 가장 높은 435~440 nm 파장대에서 상당히 벗어나 있다. 특히, M1, M2의 피크파장 λp에 해당하는 388 nm, 397 nm에서의 위험도는 435~440 nm에서의 위험도 대비 1.0% 수준 밖에 되지 않을 정도로 미미하다. 게다가 파장 388 nm, 397 nm인 광선은 일상의 LED 광원에서는 거의 방출되지 않는다.^[1]

(iii) S_Mi(λ) vs SBLEDλ: 일상의 LED 광원에서 방출되는 청색광 SBLEDλ은 파장 450 nm에서 위험도가 가장 높다. 이를 기준으로 5종의 청색광 측정기 광원들에 대한 피크파장 위치에서의 청색광 위험도를 살펴보면 M1(λp=388 nm): 4.47×10^-7, M2(λp=397 nm): 2.29×10^-5, M3(λp=407 nm): 8.83 × 10^-7, M4(λp=408 nm): 1.22×10^-3, M5(λp=416 nm): 1.23×10^-2으로 매우 낮다.

결과적으로 시중에서 유통되고 있는 청색광 측정기에는 청색광 위험도가 매우 낮고 선폭이 좁은 자색(violet) 계열의 가시광선을 방출하는 광원이 사용되었다는 점을 알 수 있다. 이러한 가시광선은 국제표준 ISO 12312-1:2013에 규정된 표준광원에서 크게 벗어난 것이며 일상의 LED 광원에서도 거의 방출되지 않는 가시광선이다.

청색광 측정기에 사용된 광원들의 특성이 청색광 측정에 요구되는 표준광원의 특성에서 크게 벗어나 있다는 점은 렌즈의 청색광 차단율 측정값에 큰 영향을 미칠 것으로 보인다. 시중에서 유통되고 있는 측정기와 국제표준 ISO 12312-1:2013으로 측정한 청색광 차단율 값을 통해 이를 확인하고자 한다. 청색광 차단율은 R_BL으로 나타내기로 한다. 광원분석 시에는 5종의 청색광 측정기를 대상으로 하였지만, R_BL을 정량적으로 측정할 수 있는 기기는 M2, M5 뿐이므로 이들만을 대상으로 진행하였다. R_BL의 측정을 위한 대상렌즈로는 시중에서 널리 유통되고 있는 4종의 청색광 차단렌즈를 이용하였다. 각 렌즈는 L1, L2, L3, L4로 나타내었다.

Table 2에 청색광 측정기 M2, M5, 국제표준 ISO 12312-1:2013으로 측정한 4종의 렌즈에 대한 R_BL을 나타내었다. 1열의 M2로 측정한 결과를 보면 청색광 차단성능이 가장 우수한 렌즈는 R_BL=100%인 L1 렌즈로 입사되는 가시광선을 완벽히 차단한다. 청색광 차단성능이 가장 낮은 렌즈는 L4 렌즈로 R_BL=82%이다. 2열의 M5로 측정한 결과를 보면 역시 L1 렌즈가 R_BL=54%로 가장 우수하고 L3 렌즈는 R_BL=31%로 성능이 가장 낮다. 그러나 3열의 국제표준 ISO 12312-1:2013으로 측정한 결과값을 보면 청색광 차단성능이 가장 우수한 렌즈는 L4 렌즈로 R_BL=19.3%이고, 가장 낮은 렌즈는 L1 렌즈로 R_BL=13.7%라는 전혀 다른 결과가 나온다.

결과적으로 시중에서 유통되고 있는 청색광 측정기로 측정한 결과와 ISO 12312-1:2013로 측정한 결과는 서로 크게 다르다는 것을 확인할 수 있다.

시중에서 유통되고 있는 청색광 측정기로 측정한 렌즈들의 R_BL이 ISO 12312-1:2013로 측정한 결과값과 크게 다르게 나타난 점을 렌즈의 분광투과율을 통해 알아보았다. 가시광선 범위(380~780 nm)에서 측정한 각 렌즈의 파장에 따른 투과율(transmittance, %)의 일부(380~500 nm)를 Fig. 3과 Table 3에 나타내었다. Fig. 3의 상단에 파장 397 nm, 400 nm, 405 nm, 416 nm, 435 nm, 450 nm의 위치를 표시하였다. Fig 3 혹은 Table 3에서 파장 397 nm, 416 nm는 각각 측정기 M2, M5에서 방출되는 가시광선의 피크파장 λp에 해당한다. 400 nm, 405 nm는 안경업계에서 청색광 차단렌즈의 성능을 언급할 때 흔히 사용하는 파장이다. 435 nm, 450 nm는 각각 청색광 위험함수 B(λ)와 일상의 LED 광원에서 방출되는 청색광 SBLEDλ에 대한 피크파장이다.

Fig. 3. 
Transmittance as a function of wavelength for 4 kinds of blue light blocking lenses.

L1 렌즈와 3종 렌즈(L2, L3, L4)들 사이에 두 가지 큰 차이점이 있다. 하나는 제조방식에서의 차이로 L1 렌즈는 반사코팅 방식이 아닌 자외선 및 단파장 가시광선 광흡수제가 첨가되어 제조된 렌즈이다. 이 때문에 반사코팅 방식에서 필연적으로 나타나는 고스트 이미지(ghost image)가 발생되지 않는다. 3종 렌즈(L2, L3, L4)는 반사코팅 방식으로 제조된 제품으로 고스트 이미지가 발생된다. 다음으로 투과율 곡선에서의 차이를 들 수 있다. Fig. 3을 보면 대략적으로 파장 425 nm 근처 이하에서는 3종 렌즈(L2, L3, L4)들의 투과율이 높지만, 이 파장대 근처 이상에서는 L1 렌즈의 투과율이 높다. 특히, L1 렌즈는 450 nm 부근에서 투과율이 매우 높다. 여러 파장에서의 투과율과 관련하여 다음과 같이 고찰하였다.

(i) 397 nm, 416 nm: Fig. 3과 Table 3에서 측정기 M2 광원의 피크파장에 해당하는 397 nm에서의 투과율을 보면 L1 렌즈는 0.0%, L4 렌즈는 8.6%이다. 측정기 M5 광원의 피크파장에 해당하는 416 nm에서의 투과율을 보면 L1 렌즈는 40.6%이고, 다른 3종의 렌즈는 60~70% 수준이다. M2에서는 397 nm를 피크파장으로 하는 선폭 17 nm의 광선만 방출되므로 렌즈의 397 nm 대역에 해당하는 투과율만이 측정된다. 마찬가지로 M5에서는 416 nm를 피크파장으로 하는 선폭 19 nm의 광선만 방출되므로 렌즈의 416 nm 대역에 해당하는 투과율만이 측정된다.

결국, 두 측정기 M2, M5에 사용된 광원은 자신이 방출하는 광선과 관련된 국한된 범위에서의 투과율만을 측정할 수 있는 광원으로 렌즈의 실질적인 청색광 차단성능을 평가하는 데는 미흡하다.

(ii) 400 nm, 405 nm: 400 nm에서 L1의 투과율은 0.0%이지만 3종은 2~15% 범위에 있다. 405 nm에서 L1 렌즈의 투과율은 0.9%이지만 L3, L4는 30%에 도달한다. 이에 따르면 L1 렌즈는 400 nm, 405 nm 파장대를 거의 완벽히 차단한다고 할 수 있다. Fig 1의 일상의 LED 광원에서 방출되는 청색광 분포 SBLEDλ와 비교해보면 400 nm, 405 nm 파장대의 가시광선은 일상의 LED 광원에서는 거의 방출되지 않을뿐더러 청색광 위험도 7.42×10^-7 및 1.08×10^-7 으로 극히 낮다. 따라서 파장 400 nm, 405 nm에 대한 청색광 차단을 평가한다는 것은 의미가 없는 일이라 하겠다. 그럼에도 Table 1에 따르면 시중에서 유통되고 있는 청색광 측정기에 대부분 400 nm 내지는 405 nm 대역 근처의 가시광선을 방출하는 광원이 사용되고 있다는 점은 문제가 아니라 할 수 없다.

(iii) 435 nm, 450 nm: 각각 청색광 위험함수 B(λ)와 일상의 LED 광원에서 방출되는 청색광 SBLEDλ에서 위험도가 가장 높은 파장에 해당한다. 특히, 대부분의 청색광은 일상의 LED 광원에서 방출되므로 청색광 측정기에는 450 nm 대역의 가시광선을 집중적으로 분석할 수 있는 광원이 사용되어야 할 것이다. 이와 더불어 청색광 차단렌즈는 일상의 LED 광원에서 방출되는 청색광을 차단하는 것이 목적이므로 450 nm 대역의 광선을 효과적으로 차단할 수 있도록 설계되어야 한다. 이러한 관점에서 4종 렌즈에 대한 450 nm에서의 투과율을 비교해보면 L1 렌즈의 투과율은 98.3%로 다른 렌즈의 투과율에 비해 월등히 높다.

결국, 400 nm, 405 nm 파장대는 일상의 LED 광원에서는 거의 방출되지도 않고 청색광 위험도 매우 적기 때문에 차단설계에 있어서 크게 고려하지 않아도 되는 파장대이며 450 nm 파장대는 일상의 LED 광원에서 청색광 위험도가 가장 높은 대역이기 때문에 초점을 두고 차단설계를 하여야 함에도 불구하고, L1 렌즈의 경우는 오히려 400 nm, 405 nm 대역의 광선은 완벽히 차단하고 오히려 가장 중요한 450 nm 대역은 거의 다 투과시킨다는 문제점을 보이고 있다.

안경원 등에서는 소비자를 대상으로 저렴하고 간편하게 사용하고자 하는 청색광 측정기를 국제표준 ISO 12312-1:2013으로 측정한 결과와 잘 일치하는 수준까지 성능을 높여 제작하는 것은 무리라 할 수 있다. 하지만 현재 유통되고 있는 청색광 측정기로 측정한 결과는 렌즈의 청색광 차단성능을 지나치게 왜곡시켜 렌즈의 성능에 대한 불신과 혼란을 불러일으킬 수 있는 만큼, 국제표준으로 측정한 결과에서 크게 벗어나지 않을 수준의 청색광 측정기용 광원의 개발과 청색광 측정방식에 대한 연구가 이루어져야 할 것으로 사료된다.