안녕하세요 시제품 개발 전문기업 디자인웨일입니다.
햇빛이 밝은 곳에선 색이 어두워지고 햇빛이 없는 곳에선
다시 투명해지는 안경이나 선글라스를 보신 적 있나요?
이는 빛에 반응해 색이 변하는 특징 때문에
감광 렌즈나 광변색 렌즈 또는 조광 렌즈라고 합니다.
오늘은 이러한 변색렌즈의 원리에 대해 알아보겠습니다.
1. 변색렌즈의 역사
변색렌즈는 사용하는 사람이 적어서 최신 기술처럼 여겨지지만, 알고 보면 변색 렌즈는 꽤 오랜 역사를 가지고 있습니다.
냉전 시대 전반기(1947~1968)에 핵무기 사용을 염두에 두고 개발이 시작됐다고 합니다.
핵폭발 시 발생하는 강력한 빛으로부터 효과적인 방어를 위한 기능성 안경 렌즈가 필요했는데,
핵폭발로 인한 밝은 빛에 노출됐을 때 눈을 보호하기 위한 목적으로 연구하기 시작했습니다.
핵폭발로부터 눈을 보호하겠다는 목적으로 쓰지는 못했지만
이때 시작한 연구를 바탕으로 변색 렌즈가 나왔습니다.
1964년 미국 유리 제조사 코닝(Corning Glass Works)에서 최초로 개발한 유리 변색 렌즈입니다.
이후 1970년 독일 렌즈 제조사 자이스(Zeiss Group),
1978년 영국 유리 제조사 챈스 필킹톤(Chance Pilkington)에서도 유리 변색 렌즈를 개발하면서 서로 경쟁하게 됩니다.
2. 변색렌즈의 원리
유리 변색 렌즈는 앞서 말한 할로겐화은(AgX)이 빛에 민감하게 반응하는 성질을 이용합니다.
예를 들어 염화은(AgCl)이 빛을 받으면 광화학 반응이 일어납니다.
자외선이 화학 결합을 끊기에 충분한 에너지를 가지고 있기 때문입니다.
이때 은 이온이 염소 이온에서 전자를 하나 넘겨받으면서 은 원소(금속 은)로 변하고
이렇게 은 원소로 변하면서 색이 검게 바뀌는데
이 과정에서 자외선이 차단되고 빛투과율은 떨어지게 됩니다.
플라스틱 변색 렌즈는 염화은 대신 다른 광변색 염료를 사용합니다.
피리도벤자옥사진(Pyridobenzoxazines)이나 나프토피란(naphthopyrans) ,
스피로옥사진(Spiro-Oxazine) 같은 물질입니다.
이 물질들은 자외선을 받으면 분자 구조가 다른 형태로 변형되면서 자외선을 차단합니다.
반대로 자외선이 사라지면 원래 구조로 돌아옵니다.
3. 변색렌즈의 한계점
유리 변색 렌즈는 염화은(AgCl)처럼 빛에 민감하게 반응하는 할로겐화은(AgX)을 섞어서 만듭니다.
이 원소에 자외선이 닿으면 화학 반응을 일으켜 유리가 검게 변하게 됩니다.
변하는 것은 좋은데 변할 때 시간이 오래 걸렸습니다.
더군다나 유리라서 가격이 비싸고 무겁기까지 했습니다.
안경 렌즈는 도수에 맞게 오목하거나 볼록하게 만드는 데
각 부분의 두께에 따라 색이 달라져서 원하는 효과를 얻기도 어려웠습니다.
4. 변색 렌즈의 발전
초기 플라스틱 변색 렌즈는 플라스틱 소재에 광변색 물질을 섞었기 때문에
두꺼운 렌즈는 유리 변색 렌즈처럼 색이 불균형하게 나타나는 문제가 있었습니다.
현재는 광변색 물질을 플라스틱 렌즈 위에 광변색 물질 코팅을 하고
그 위에 보호 코팅, 흠집 방지 코팅을 하는 방식을 사용합니다.
현재 판매되는 변색 렌즈는 변색에 걸리는 시간도 짧아졌습니다.
옛날 렌즈는 검게 변하는 데 10여 분, 색이 빠지는 데 30분 정도 걸렸다면
요즘 변색 렌즈는 착색에는 30초 이내, 탈색에는 6분 이내 정도의 시간이 걸린다고 합니다.
안경알이 아니라 코팅층만 색이 변하면 되기에 그만큼 빨라질 수 있었습니다.
5. 변색 렌즈의 활용
변색 렌즈를 찾는 사람은 안경과 선글라스를 겸용하고 싶거나, 빛에 약한 눈을 가지고 있는 사람입니다.
자전거를 타거나 레저, 여행을 준비하는 사람도 많이 찾습니다.
자동차 내부처럼 자외선이 차단된 상태에서 햇빛을 가리기 위해,
자외선뿐 만 아니라 가시광선에 반응해 색이 변하는 변색 렌즈도 나왔습니다.
다만 어두운 터널 등에 진입했을 때 선글라스를 계속 착용하고 있는 효과를 내기 때문에
아직 운전자에게 위험성이 있을 수 있습니다.
또한 3~4년 정도의 사용 수명이 있으며, 온도와 자외선 수치에 반응하기 때문에
여름보다 겨울에 더 진하게 색이 변하는 문제가 있습니다.
하지만 분명히 편리한 점이 있는 만큼, 다음에 안경 렌즈를 바꿀 일이 있다면 변색 렌즈를 고려해 보는 것도 좋을 듯 합니다.
오늘은 변색렌즈의 원리에 대해서 알아봤는데요.
시제품제작 상담과 제작의뢰는
디자인웨일로 문의 주시면 성심성의껏 빠르게 답해드립니다.
문의사항은 디자인웨일 홈페이지와 이메일로
보내주시길 바랍니다.
https://www.design-whale.com/contact
이메일:
info@design-whale.com
지금까지 시제품 개발전문기업 디자인웨일이었습니다.
'정보글' 카테고리의 다른 글
| 4D프린팅의 시대 (1) | 2023.11.24 |
|---|---|
| 태양광발전시스템 유형 3가지 (1) | 2023.11.24 |
| 스마트폰 센서의 종류와 원리 (0) | 2023.11.24 |
| 물에 젖지 않는 성질, '초소수성' (1) | 2023.11.24 |
| 신재생에너지와 재생 가능 에너지의 차이점 (0) | 2023.11.24 |
댓글