2편에서 거울반사를 일으킨 빛이 눈부심을 유발한다고 했다. 눈부심에 대해서 조사를 하다보니, 눈부심이라는 용어가 우리가 일반적으로 쓰는 의미보다 조금 더 광범위한 뜻을 포함한다는 것을 알게되었다. 이러한 큰 의미의 눈부심으로 컴퓨터를 사용할 때의 눈 피로를 또다른 각도에서 설명할 수 있어 글을 작성해보고자 한다.

눈부심 (glare)이란 무엇인가?

눈부심 현상을 모르는 사람은 없지만 눈부심을 말로 정의하기란 어렵다. 눈부심 (glare)은 좀 유식하게 말하자면, "다른 밝기를 내는 물체 간의 대비 (contrast)로 인해 초래되는 주관적인 반응"이라고 할 수 있다. 무슨 말이냐면, 우리가 형광등을 바라볼 때 눈부심을 느끼는 이유는, 형광등의 밝기와 주변의 밝기가 달라서 대비 (contrast)가 형성되기 때문이다. 

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.

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.

배경지식 : 반사형 액정이란 컴퓨터 모니터인 LCD나 LED와 달리 back light (백라이트) 가 없으며, 종이책과 마찬가지로 외부 광원이 있어야만이 읽을 수 있는 액정을 말한다. (이 글에서는 기술적인 면은 다루지 않았다.) E ink display가 대표적인 예이며, E ink display를 채택한 대표적인 기기는 아마존 킨들 시리즈 (Amazon kindle)가 유명하고 국내에는 크레마 시리즈, 리디 페이퍼 시리즈 등이 있다.

반사형 액정 (E ink나 픽셀치등)을 사용하면서 주변에서 가장 많이 받은 질문은 "도대체 이걸 왜 쓰냐?"라는 것이다. 그도 그럴것이 흑백 액정에 반응속도는 비 경험자가 견디기 어려운 수준이다. 멋진 컬러삽화가 들어가 있는 출판물도 후줄근한 흑백명암비로 표현해버리는 것이 때로는 못마땅하다.

어느날 주변조명이 어두운 곳에서 픽셀치 모니터를 보면서 책을 읽고 있었더니, 친구가 나도 한번 보여달라해서 보여줬다. 1분정도 보고 난 후의 반응은 "난 이게 LCD보다 눈이 더아프다. 침침해서 더 안보여" 라고  했다.

전자책에 대한 오해 : 명암비와 눈피로도는 다른 개념이다.

아직 제대로 설명을 하기에는 내 지식이 좀 부족하지만, 전자책으로 인한 눈 피로는 명암비로 인해서 잘 안보이는 침침함과는 달리 생각해야한다. 명암비가 낮은 것은 회색 바탕의 종이에 검은 글씨를 인쇄해서 보는것이고, 명암비가 높은 것은 새하얀 종이에 검은 글씨를 인쇄해서 보는 것과 같다. 명암비가 낮다고 해서 반드시 눈이 피로하지는 않다. 다만 문자식별이 조금 어려우므로 가독성이 떨어질 수는 있겠다.

액정으로 인한 눈피로도는 확실히 빛의 강도와 관련되어 있다.

이전부터 왜 빛 방출형 액정 (light emitting display - 근본없이 지어낸 말)이 반사형 액정에 비해서 눈피로가 높은지를 고민해봤다. 일단 전자책의 display구성을 바꾼다거나 -어두운 색으로 변경- 액정 자체의 밝기를 낮추는 것으로 눈피로가 감소하는 효과가 있는걸로 보아, 확실히 빛의 강도와 관련이 있는 것 같다.

빛의 파장과도 연관이 있을 것이다.

위에서 말했지만 LCD로 독서를 할 때 배경색을 좀더 어두운 색으로 바꾸는 것만으로 눈의 피로도가 확실히 감소한다. 우리가 상식적으로 아는 것처럼 청색광은 적색광에 비해서 많은 에너지를 가진 파장이다. 백색광은 모든 파장을 가지고 있는 파장이다. 그러므로 백색광에는 청색광이 포함되어 있고, 여기서 청색광을 배제하는 것만으로 (배경색을 바꾼다는 말) 눈의 피로도가 감소할 수 있는 것이다.

동공의 크기와 연관이 있다.

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주변조명에 따라서 사람의 동공의 크기는 달라진다. 같은 정도의 빛이 방출되더라도 동공이 작으면 망막에 도달하는 빛이 적어지고 상대적으로 피로감을 덜 느낄 것이다. 내 생각으로는 LCD와 같은 방출형 액정은 보통 주변조명보다 밝은 빛을 내보내기 때문에 동공 크기가 (액정 밝기에 비해) 충분히 작지 않을 것이라고 본다. 그러므로 망막에 도달하는 빛이 증가되어 눈 피로감이 증가하지 않을까 하는 생각을 하곤 한다. 그런데 액정밝기를 아주아주 낮추게 되더라도 개인적으로는 결국 눈 피로감이 발생하곤 하는데 (대신 오랜 시간동안 견딜 수 있다. 종이책만큼은 아니다.) 이 부분은 나도 아직 왜 그런지 이유를 생각하고 있다.

동공의 크기와 관련한 또다른 인자들

눈피로를 줄이기 위해서 어두운 배경색인 검은 바탕에 흰글씨를 설정해놓고 스마트폰으로 독서하기를 즐겨하는 편이다. 그런데 자기전에 독서를 하게 되면 이 설정이 오히려 독으로 다가온다. 방에 불을 끈 상태이고 주변조명은 없다. 그리고 배경색도 검은 색이기 때문에 동공이 상대적으로 커진 상태이다. 이 상태에서 하얀색 글자를 읽게 되면 눈부심 외에도 번짐현상 (blurring)이 발생한다. 빛번짐 현상은 구면수차현상의 일종으로 이해하고 있는데 (reference는 제 머리속 상상...) 이 현상으로 인해 눈 피로가 더 증폭되는 것을 경험한다. 참고로 구면수차란 별을 볼때 주변에 무리현상이 생기는 것을 생각하면 되는데, 동공이 커진 경우에는 이러한 구면수차가 일어나기 쉬운 조건이 된다. 아래 그림을 보면 이해하기 쉬울 것이다.

(https://phet.colorado.edu/sims/html/bending-light/latest/bending-light_en.html 의 prism simulator를 이용했다.)

LCD에 대한 피로도가 심한 사람은 무엇이 문제일까?

개인적으로 컴퓨터를 좋아하는 편임에도 불구하고 눈피로도가 상당히 심하다. 아직까지는 이런 눈피로도에 대해서 제대로 설명한 이론이 없는 것이 아쉬울 따름이다. 관련 논문을 몇 가지 읽어봐도 LCD와 E ink간에 큰 차이는 없다고 하는 논문도 몇개 보이는데...그런데 이런 논문들을 잘 읽어보면 몇가지 지적할 부분이 있어서 개인적으로는 약점이 몇가지 있는 결론이라고 생각이 된다. 종이책과 전자책, LCD를 비교한 논문소개는 다음에 시간이 되면 해보도록 하겠다.

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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.

LCD가 더 좋아. 하지만 제대로 읽으려면 종이지!! -_-??

전자책 독서를 비웃는 친구들도 정말 집중해서 읽어야 할 부분이 있을 때는 인쇄를 하곤한다. 물론 시험공부나 전공서적은 이리저리 페이지를 옮겨다니고 필기도 해야하므로 나도 무조건 종이로 본다. 그러나 10페이지 미만의 자료를 볼 때 (대충 보는거 말고 집중해서 다 읽을 때) 결국 대부분이 종이로 뽑곤 한다. 그러나 글쓴이는 먼저 반사형 전자책으로 읽다가, 정말 내용이 소중해지면 그제서야 종이로 뽑는다. 그러므로 빛 방출형액정이 더 좋다고 하는 친구들도 불편함이 없는 것은 아닌 것 같다. 다만, 책이 취미가 아닌 사람이 많아서 평소에 불편함을 느끼지 못하거나, 빛 감수성이 덜 예민해서 나보다 오랜 시간동안 LCD독서를 해도 큰 영향이 없는 것이라고 추측해본다.

해결방법은 기술의 발전 

그러나 이렇게 갑론을박에 벌어지는 이유는 근본적으로 완전한 반사형 액정이 나오지 않았기 때문이다. 컬러구현이 가능하고, 반응속도가 LCD만큼 빠르며, 운영체제가 대중적인 (안드로이드나 IOS와 같은) 전자책을 값싸게 공급이 가능하다면 누구인들 쓰지 않을까 싶다. 여기까지는 아직 바라지도 않으니, 흑백 전자잉크 모니터라도 적당한 가격에 빠른 상용화가 되기를 기도해 본다.