전자책과 눈 피로도 (2) - 빛의 편광과 거울반사

지난번 글 (http://2findid.tistory.com/6) 내용중에 글쓴이가 이렇게 적은 부분이 있었다.

아무튼 개인적인 경험인지라 별로 설득력은 없지만 빛 방출형 액정에 대해 유독 눈피로가 심한 사람들은 1. 망망의 빛 감수성이 너무 예민하거나, 2. 조리개역할을 하는 동공반사에 취약함이 있지 않을까 하는 생각이 든다. 아니면 방출된 빛 (emitting light)과 반사된 빛 (reflected light)간에 어떤 속성차이가 존재하는 것일까? 나도 잘 모르겠다.

여기에 대해서  어떤 분께서 "lcd는 평광된 빛이고 전자종이는 편광되 빛이 아닙니다." 라는 피드백을 주셔서 빛의 편광에 대해서 조금 찾아보게 되었다. 

PS. 결국 눈피로에 대해서 이야기를 할 것인데, 저도 모르는 부분을 새로 검색해서 알게 된 것이라서 혹시 잘못된 부분이 있으면 피드백 부탁드리겠습니다.

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빛의 편광이란 무엇인가?

빛은 진행하면서 진동을 하게되는데 자연광 (natural light)은 일반적으로 하나이상의 평면 (plane)을 가지고 진동을 하게된다. 이렇게 하나 이상의 진동평면을 가진 빛을 편광되지 않은 빛 (unpolarized light)이라고 한다.

그림. unpolarized light

한편, 편광되지 않은 빛이 특수한 상황을 만나게 되면 다른 방향의 진동평면을 소실하게 되고 하나의 평면만을 가지게 되는데, 이를 편광된 빛 (polarized light)이라고 한다. 주변에서 가장 많이 볼 수 있는 현상 중 하나는 비가 온 도로에 물이 고여있을 때 거기에 반사된 빛을 보게 되는 것이다. 아래의 그림에서 입사된 빛은 편광되지 않은 빛으로 하나 이상의 진동평면을 가지고 있고, 반사된 빛은 하나의 평면만을 가진 편광된 빛 (polarized light)이라는 걸 알 수 있다.

도로에 고인 물은 눈부심 (Glare)을 유발한다.

도로에 고인 물에서 반사된 빛은 편광된 빛이라는 것을 알고나서, 나는 이제 눈피로에 대해서 대충 실마리를 잡았다고 생각을 했다. 다음과 같이 생각을 했기 때문이다.

1. 도로에 고인 물에서 반사된 빛은 눈부심을 유발한다. (경험)

2. 도로에 고인 물에서 반사된 빛은 편광된 빛이다. (새로알게됨)

3. 눈부심이라는 것이 편광된 빛의 속성인가...?

짧은 지식으로 생각해보니, 꼭 편광된 빛이 눈부심을 유발할 것만 같았다. 최소한 뭔가 연관이 있을 것만 같았다. 그러면 LCD에서 나온 빛도 편광된 빛이므로 눈부심을 유발하여 눈피로를 유발한다고 설명할 수 있다. 그러나 아쉽게도 그런 결과는 찾을 수 없었다.

거울반사 (specular reflection)가 눈부심을 유발하는 원인이다.

빛의 반사 형태중에서 거울반사 (specular reflection)와 산란반사 (diffuse reflection)이라는 것이 있다.

거울반사는 말 그대로 거울처럼 빛이 반사되는 것으로 빛의 소실이 별로 없다. 반면에 산란반사는 거친 표면에서 일어나는 반사로, 각각의 빛이 표면에서 흩어지듯이 반사되는 현상으로 평행하게 들어온 빛의 무리가 여러방향으로 흩어지게 된다. 따라서 우리가 아스팔트 위에 고인 물을 볼 때, 태양에서 입사한 빛이 거울반사 (specular reflection)가 되면서 동시에 편광 (polarized)이 된다. 이 때 우리가 눈부심을 느끼는 이유는 거울 반사로 인해서 빛의 강도가 세기 때문이지 빛이 편광되었기 때문이라고 하기는 힘들다.

삼천포로 그만 빠지고 주제로 돌아가자

글쓴이가 왜 이리 쓰잘데기 없는 소리를 했냐고 생각할 것이다. 1편을 잘 읽어보면 아시겠지만, 나는 그저 1. LCD와 같은 빛 방출형 액정에 눈피로감을 과도하게 느끼는 사람이고, 2. 그 눈피로감의 원인중 하나는 방출된 빛 (emitted light)의 속성이 우리가 E ink 전자책을 읽을 때 보는 반사된 빛(reflected)의 속성과 다르지 않을까하고 생각을 하고있던 와중에, 3. 방출된 빛은 편광된 빛이므로 E ink display에서 반사된 편광되지 않은 빛과 실제로 속성이 다르다는 조언을 어떤 분께 받아서 한번 조사를 해본 것이다. (지금 내가 2번과 3번에서 말하고 있는 반사된 빛은 위에서 말한 specular reflection이 아니고 diffuse relfection이다.)

그런데 영 쓰잘데기 없는 결론은 아니었다. 결론적으로 어느정도 만족할 만한 이야기를 만들어낼 수 있었기 때문이다. 이 한편에 다 적으려고 했는데 이야기가 너무 길어져서 다음편에 이어서 적도록 하겠다.