LED는 이미 여러 방면에서 우리의 삶에 인간중심의 광원으로서 다양하게 적용되고 있습니다. 예를 들어 태양광의 스펙트럼에 가깝도록 연색지수, ‘CRI’ (Color Rendering Index) 값을 높여 자연광을 표현하기도 하고 사람눈의 안전을 위해 파장대를 제어하는 방법도 있습니다. 그 밖에도 미용, 의료, 요즘 코로나19 때문에 많은 사람들이 관심을 가지고 있는 살균 관련 UV LED까지 다양하게 Application제품으로 사용되고 있습니다. 이번 글 내용에서는 그 다양한 Applications에 대해 알아보도록 하겠습니다.
1.’색재현율이 높다’란?
일반적으로 태양빛과 같은 형태의 연속 스펙트럼에 가까우면 ‘색재현율이 높다’ 즉 ‘CRI값이 높다’라고 표현합니다. 그 원리와 이유에 대해 설명하겠습니다.
a) 왜 사과는 빨갛게 보이는가?
우리에게 빨간 사과가 빨갛게 보이는 이유는, 주위에 있는 빛이 사과에 입사되면 다른 색깔의 빛은 다 흡수하고 사과가 본래 가지고 있는 빨간색만 반사를 하기 때문에 우리는 빨갛게 잘 익은 사과를 볼 수 있게 됩니다. 예를 들어 빨간색 광원이 포함되어 있지 않은 순수한 노란색 광원을 사과에게 비추면 어떻게 될까요? 맞습니다. 검게 보입니다. 노란색 광원을 다 흡수하고 사과가 본래 가지고 있는 빨간색을 반사시킬 수 없어서 검게 보입니다. 결국 광원자체에 사과와 일치하는 파장대의 빨간색이 있어야 우리는 제대로 된 사과색깔을 볼 수가 있게 됩니다.
b) ‘CRI값이 높다’는 의미는 무엇인가?
태양 빛처럼 모든 파장대의 색깔을 품은 빛 즉 ‘CRI 값이 100’인 빛을 사과에 비추면 사과가 가지고 있는 색을 완전하게 재현해서 볼 수가 있고 이때 우리는 ‘CRI 값이 높다’ 혹은 ‘색재현율이 높다’라고 합니다. 백화점의 과일식품 코너에서는 과일의 풍부한 색깔을 표현하여 더욱 신선하고 싱싱하게 보이게 하기 위해 CRI가 높은 조명을 사용합니다. 하지만 CRI값과 빛의 광도는 Trade-off관계에 있으므로 CRI값이 높으면 광도가 떨어지고, 역으로 CRI값이 낮으면 광도를 올릴 수가 있습니다. 그래서 CRI 값을 높이면서 광도가 작게 떨어질 수 있도록 연구 개발을 계속하고 있습니다.
2. 식물성장에 필요한 높은 CRI
지금까지 식물 성장 촉진에 가장 필요한 요소는’ 광합성 광량 자속 밀도( PPFD: Photosynthetic Photon Flux Density: 이하 PPFD)였습니다. 하지만 최근에 연구결과에 따르면, 자연광인 태양빛과 비슷한 CRI 값이 높은 광원이 식물 성장 촉진에 더 영향을 미친다는 결과가 나와 주목을 받고 있습니다.
a) 스마트 팜에서 적용 시 좋은 결과
스마트 팜이란 식물성장에 필요로 하는 빛, 온도, 습도등을 인위적으로 제어하는 곳으로 최근 악화되고 있는 대기, 수질 오염과 기후 변화에 대응할 수 있는 신산업으로 화제가 되고 있습니다. 이곳에서는 사용하는 조명은 식물성장을 촉진시킬 수 있도록 제어할 수가 있는데 이를 활용하면 농작물이 좋아하는 환경을 구축할 수 있다는 장점이 있습니다. 최근의 ‘식물 성장 촉진’에 관한 연구결과에 따르면, PPFD를 높이는 것보다 CRI 값을 높이면 식물 성장 촉진이 빠르다는 결과가 나왔기 때문에. 앞으로 CRI연구에 좀 더 깊은 연구가 진행될 예정입니다.
b) 스마트팜- 관심이 높아가는 CRI 연구
식물성장에 가장 좋은 환경은 ‘인공광’을 이용한 성장보다 ‘자연광’이 더 좋을 수밖에 없다는 것은 누구라도 알고 있는 사실입니다. 그렇기 때문에 태양광과 닮은 CRI값이 높은 조명을 사용하는 것이 더 좋은 환경을 제공하는 것이라는 기본 전제하에 연구를 계속 진행하고 있습니다.
3. 마치며
이상으로 오늘은 먼저 ‘색재현율이 높다’란?’ 에서 왜 ‘CRI’값이 높으면 과일이나 채소가 왜 신선하게 보이는지에 대해 설명했고, ‘식물성장에 필요한 높은 CRI’에서 앞으로 연구가 더 필요한 ‘식물 성장 촉진’과 높은 ‘CR’I에 대해 이야기했습니다. 다음시간에는 사람 피부에 영향을 미치는 ‘LED Applications’에 대해 이야기하겠습니다.