고에너지 가시광선

1. 개요

고에너지 가시광선(HEV)은 400nm에서 500nm 사이의 파장을 가진 청색광을 의미하며, 태양광, LED, 형광등 등 다양한 광원에서 방출된다. 청색광은 망막 손상, 생체 리듬 교란, 눈의 피로, 피부 손상 등 생리적 영향을 미칠 수 있으며, 청색광 차단 기술 및 제품이 개발되었다. 이러한 제품의 효과에 대한 논란이 있으며, 일부 연구에서는 청색광 차단 안경이 눈의 피로나 시신경염에 유의미한 효과를 보이지 않는다고 보고한다.

2. 청색광의 정의 및 광원

청색광(Blue light^영어)은 400 nm에서 500 nm 사이의 파장을 가진 가시광선으로, 광화학적으로 망막 손상을 유발할 수 있다. 이 파장은 청색 LED의 파장과 거의 일치하여 특히 주의가 필요하다.

청색 LED는 LED 디스플레이와 고체 조명(예: LED 조명)의 보급이 늘어나고 기존 광원에 비해 청색 외관(더 높은 색온도)을 가져 관련 연구의 대상이 되는 경우가 많다. 그러나 자연 태양광은 청색광의 스펙트럼 밀도가 비교적 높기 때문에, LED 디스플레이 기술이 비교적 최근에 등장했음에도 불구하고 높은 수준의 청색광에 노출되는 것은 새롭거나 독특한 현상이 아니다. LED 디스플레이는 모든 RGB LED를 자극하여 백색광을 방출하지만, 조명의 백색광은 일반적으로 주로 450nm 근처에서 방출하는 청색 LED와 청색광 중 일부를 더 긴 파장으로 하향 변환하기 위한 인광체를 결합하여 생성된다. SSL 기술은 에너지 자원 요구 사항을 획기적으로 줄여주기 때문에 "차세대 조명"으로 간주되기도 한다.

자연광이나 인공 광원 대부분은 고에너지 가시광선(HEV)을 포함한다. 푸른색뿐만 아니라 흰색으로 보이는 빛에도 HEV가 포함되어 있다.

2.1. 주요 광원

* 태양광
* 할로겐 램프
* 카메라의 스트로보
* 수은등
* 살균등
* 블랙라이트용 광원
* 형광등
* 백열전구
* 자색 LED (블랙라이트나 자외선을 포함하는 것도 있음)
* 청색 LED
* 백색 LED: 백색 LED는 청색 LED에 노란색 형광체를 조합하여 백색광을 실현하는 것이 많다. 이 때문에 (다른 백색광과 마찬가지로) 청색 성분으로 인해 청색광 망막 손상의 원인이 될 수 있다.
* 백색 LED 조명
* LED 백라이트를 채용한 디스플레이, 평판 TV, 데스크톱 및 노트 PC 화면, 태블릿, 스마트폰, 전자책 단말기, 전자 사전 등. 최근 이러한 영향 장애를 완화할 목적으로 HEV 성분 (소위 "블루라이트")을 줄이는 스크린이나 렌즈를 사용한 안경・노안 교정 안경 등이 판매되고 있다.
* 전조등 (방전식 헤드램프 등)

2.2. 광효율

청색 LED, 특히 백색 LED에 사용되는 LED는 약 450nm에서 작동하며, 여기서 V(λ)=0.038이다. 이는 450nm의 청색광이 555nm의 녹색광과 동일한 광속을 인식하려면 약 25배의 복사속(에너지)이 필요하다는 것을 의미한다. 380 nm의 UV-A(V(λ)=0.000 039)는 녹색과 동일한 강도로 인식되기 위해 25,641배의 방사 에너지 양이 필요하며, 이는 파란색 LED보다 세 자리수 더 크다. 연구에서는 종종 광도 대신 동일한 광속을 사용하여 동물 실험을 비교하는데, 이는 방출되는 총 에너지보다 서로 다른 주파수에서 감지되는 빛의 상대적인 수준을 의미한다.

3. 청색광의 생리적 영향

청색광은 인체에 다양한 생리적 영향을 미친다. 멜라놉신은 480nm에서 최대 흡수율을 가지는 빛에 민감한 단백질이지만, 450-540nm 범위에서도 최소 10%의 효율을 보인다. 햇빛에 주기적으로 노출되면 생체 시계가 24시간 주기에 맞춰지지만, 밤에 망막의 멜라놉신을 흥분시키는 광원에 노출되면 생체 시계가 방해받을 수 있다. 하버드 헬스 퍼블리싱은 밤에 청색광에 노출되는 것이 수면에 강력한 부정적 영향을 미친다고 주장한다. ANSES 보고서는 "특히 스크린을 통해 저녁이나 밤에 매우 낮은 수준의 청색광에 노출되는 것과 관련된 생체 리듬 및 수면에 대한 파괴적인 영향을 강조한다".

청색광은 눈의 멜라놉신 수용체를 자극하기 때문에 생체 시계를 조절하는 데 필수적이며, 낮 시간의 멜라토닌 분비를 억제하여 각성을 가능하게 한다.

미국 의학 협회(AMA)는 2016년 LED 가로등과 백색 LED 램프의 과도한 사용이 생체 시계에 부정적인 영향을 미칠 수 있다고 발표했다.

3.1. 청색광 망막 손상 (Blue Light Hazard)

청색광 망막 손상(Blue-light hazard^영어)은 주로 400 nm에서 500 nm 사이 파장의 빛에 노출되어 광화학적으로 유발되는 망막 손상으로 정의된다. 이러한 작용 특성은 청색 발광 다이오드(LED)의 파장과 거의 일치하기 때문에 특히 주의가 요구된다.

망막 손상을 유발하는 광화학적 메커니즘은 눈의 광수용체에 의한 빛 흡수로 인해 발생한다. 정상적인 상태에서는 빛이 광수용체에 조사되면 해당 세포가 백탁되고, 시각의 비주얼 사이클이라는 대사 과정을 통해 광수용체로서의 기능이 회복된다. 그러나 청색광을 많이 흡수한 경우에는 세포가 백탁된 후 기능이 회복되기 전에 다시 악화되는 과정을 유발하는 것으로 보고되었다. 이는 망막 세포의 산화적 손상의 가능성을 크게 증가시킨다.

2019년 프랑스 식품, 환경 및 직업 건강 안전청(ANSES) 보고서는 강렬한 청색 LED 빛 노출과 관련된 망막의 단기적 영향과 연령 관련 황반변성의 발병과 관련된 장기적 영향을 강조했다. 장기간의 햇빛 노출, 특히 청색광 성분이 야외 작업자에게 황반변성과 관련이 있음을 보여주는 연구 결과도 있다. 그러나 CIE는 2019년 4월 일반 조명 전구에 LED 기술을 사용하는 것에서 발생하는 청색광 위험이 낮다는 입장을 발표했다.

3.2. 생체 리듬 (Circadian Rhythm) 조절

청색광은 눈의 멜라놉신 수용체를 자극하여 생체 리듬을 조절하는 데 필수적인 역할을 한다. 낮 시간에는 멜라토닌 분비를 억제하여 각성을 유지하도록 돕는다. 반면, 밤에 청색광에 노출되면 멜라토닌 분비를 방해하여 생체 시계가 교란되고 수면 장애를 유발할 수 있다. 망막에는 빛을 감지하는 시세포 외에도 시신경 자체에 광감수성을 가진 망막 신경절 세포가 존재한다. 이 세포에 포함된 멜라놉신이라는 색소는 고에너지 가시광선(HEV)에 민감하며, 이 자극은 망막 시상하부로를 통해 시교차상핵에 전달되어 일주기 리듬을 설정하고 조절하는 데 관여한다.

낮 동안 강한 빛을 쬐면 멜라토닌 분비가 감소하고, 밤에 어두워지면 분비량이 증가한다. 멜라토닌은 심박수, 체온, 혈압 등을 낮춰 신체가 수면을 준비하도록 돕고, 아침 햇빛을 통해 규칙적인 생활을 하면 생체 시계 기능과 생체 리듬이 조절된다. 불규칙한 생활이나 햇빛 부족은 멜라토닌 분비 문제를 일으켜 불면증 등 수면 장애의 원인이 될 수 있다.

미국 의학 협회(AMA)는 2016년 LED 가로등과 백색 LED 램프의 과도한 사용이 생체 시계에 부정적인 영향을 미치며, 특히 백색 LED 램프가 기존 가로등보다 5배 더 큰 영향을 미친다고 경고했다.

3.3. 눈의 피로 (Eye Strain)

푸른 빛은 디지털 눈의 피로의 원인으로 지목되었지만, 이러한 가설을 뒷받침할 강력한 증거는 없다.

3.4. 피부 영향

청색광은 활성 산소, 과산화 지질을 발생시켜 피부 손상을 유발한다. 파장이 길수록 투과성이 높아져 청색광은 진피까지 도달하여 교원 섬유 및 탄성 섬유(엘라스틴)을 변성시킨다. 이는 주름, 처짐을 유발하고, 세포 손상을 통해 피부 광노화를 일으킨다. 케라틴 필름 실험에서는 자외선, 장파장 가시광선을 제거해도 40%의 단백질 광변성(카르보닐화)이 확인되었다.

4. 청색광 차단 기술 및 제품

청색광 노출에 대한 우려로 인해, 청색광을 줄이기 위한 여러 기술 및 제품들이 개발 및 판매되고 있다. 여기에는 디스플레이의 청색 LED를 조절하거나, 디스플레이 색상을 변경하거나, 청색광을 필터링하는 안경을 착용하는 방법 등이 포함된다.

4.1. 디지털 필터

애플과 마이크로소프트 운영체제, 심지어 독립형 컴퓨터 모니터의 사전 설정에도 색온도를 더 따뜻한 색상 범위로 조정하여 청색광 방출을 줄이는 옵션이 포함되어 있다. 하지만, 이러한 설정은 디스플레이의 색상 영역 크기를 극적으로 감소시키는데, 이는 본질적으로 청황색 약시를 시뮬레이션하여 디스플레이의 유용성을 희생시키기 때문이다. 이러한 필터는 해가 질 때 활성화되도록 예약 설정할 수 있다.

4.2. 안내 렌즈 (Intraocular Lenses, IOLs)

백내장 수술 중에는 불투명해진 자연 수정체를 인공 안내 렌즈(IOL)로 대체한다. IOL은 자연 수정체보다 자외선을 더 많이, 더 적게, 또는 동일하게 걸러내도록 설계될 수 있으며(차단 파장이 더 높거나 낮음), 따라서 청색광 위험 기능을 약화시키거나 강조할 수 있다. 자외선, 보라색 및 청색광에 장기간 노출되었을 때 망막에 미치는 영향은 연구될 수 있다. 그러나 자연 렌즈보다 더 많은 청색광을 제거하는 IOL은 색상 시력과 일주기 리듬에 부정적인 영향을 미치는 반면, 중요한 광보호 기능은 제공하지 않는다는 주장이 제기되었다. 체계적 검토 결과, 청색광을 걸러내는 IOL에 대한 어떠한 영향의 증거도 발견되지 않았으며, 대비 감도, 황반 변성, 시력, 색상 식별 또는 수면 장애와 관련된 어떠한 영향에 대한 신뢰할 수 있는 통계적 증거도 제공하지 않았다. 한 연구에서는 관찰된 형광 안저 혈관 조영 검사에서 큰 차이와 현저히 적은 "이상 안저 자가 형광의 진행"이 관찰되었다고 주장했다. 그러나 저자들은 여기에서 사용된 여기 빔이 465nm~490nm 사이의 필터링된 빛이라는 사실을 논의하지 않았으며, 이 빛은 청색광을 걸러내는 IOL에 의해 대부분 차단되지만, 대조군 환자에게 있는 투명 IOL에서는 차단되지 않는다.

4.3. 청색광 차단 안경 (Blue Light Blocking Lenses)

청색광을 필터링하는 렌즈는 갈색, 주황색, 노란색 색상의 선글라스 형태로 오랫동안 시장에 출시되어 왔다. 이러한 색상의 렌즈는 명암과 원근감을 향상시킨다는 믿음으로 인기를 얻었지만, 청색광 노출의 건강 위험을 보여주는 초기 연구 이후 청색광을 차단하는 데 따른 건강상의 이점 때문에 더 인기를 얻게 되었다.

청색광 차단 렌즈가 청색광을 차단하는 효과는 논쟁의 여지가 없지만, 청색광에 대한 일반적인 노출이 청색광 차단 렌즈가 필요할 정도로 위험한지에 대해서는 논쟁의 여지가 많다. 이 안경은 청색광 위험과 수면에서 동시에 긍정적인 결과를 얻을 수 없다는 문제가 있다. 청색광 위험에 효과적이려면 특히 노출이 더 높은 낮 동안 안경을 지속적으로 착용해야 한다. 그러나 정상적인 주간 주기와 유사한 청색광 노출을 강제하려면 광보호 측면에서 노출이 이미 매우 낮은 밤에만 안경을 착용해야 한다.

공격적인 광고는 청색광의 위험성에 대한 잘못된 대중의 인식을 초래할 수 있다. 연구에서 디지털 눈 피로에 대한 임상 치료로서 청색광 차단 필터의 사용을 뒷받침하는 증거가 없음에도 불구하고, 안과 렌즈 제조업체는 이를 디지털 눈 피로를 줄이는 렌즈로 계속 판매하고 있다.

영국의 일반 광학 위원회(General Optical Council)는 청색광 필터링 렌즈 라인에 대한 근거 없는 주장을 한 부츠 안경(Boots Opticians)을 비판했으며, 광고 심의 기구(Advertising Standards Authority)는 그들에게 40000GBP의 벌금을 부과했다. 부츠 안경은 렌즈를 20GBP에 판매했다.

2017년의 체계적 문헌고찰에서는 황반의 구조나 기능에 미치는 영향을 조사하거나 눈의 피로 증상의 개선을 나타내는 연구는 없었으며, 한 연구는 일반 안경과의 피로도 차이가 없고, 다른 한 연구는 수면의 질을 개선했지만, 전체적으로 질 높은 증거는 아니다.

2021년, 일본안과학회를 비롯한 단체는 아이에게 청색광 차단 안경을 권장할 근거가 없고 발달에 악영향을 줄 우려가 있으며, 액정 화면으로부터의 블루라이트는 실내나 흐린 하늘의 옥외보다 적고, 망막에 장애를 일으키는 수준은 아니라는 의견서를 정리했다.

2023년, 오스트레일리아의 연구 그룹은 논문 17건의 메타 분석을 실시하여, 블루라이트 필터 기능이 있는 안경의 사용은 비사용자에 대해 눈의 피로와 시신경염의 발병률에 유의미한 효과를 찾을 수 없다고 보고했다. 또한, 일반적인 시력 교정 안경과 거의 같은 효과밖에 없다는 것을 보고했다.