5. 색좌표란?? (2) - 실전

지난 시간에는 색좌표가 무엇을 의미하는지에 대해 알아보았고, 오늘 이 시간에는 그러면 색좌표값들이 의미하는 것은 무엇이며, 과연 우리도 색좌표값을 만들어 볼 수 있을지 한번 알아봅시다.

저는 OLED분야에 종사하고 있지만 이 업계도 많은 분야의 연구가 복합적으로 이루어지기 때문에 이 업계 연구원들에게 색좌표에 관해 물어보면 그들조차도 어떠한 의미를 갖는지 알고 사용하는 사람이 몇 없습니다. 그저 x, y좌표로 이루어진 색좌표값을 적색, 녹색, 청색 좌표를 외우고 '색좌표값이 CIE(0.16, 0.10)이니 이 정도면 진청색이지.' 그려면 '(0.21, 0.24) 이건 너무 연청색이라 쓸수없어' 등으로 표현하고 대화하지만 왜 CIE 색좌표가 해당 좌표값으로 표현되는지는 전혀 모릅니다. 

어떠한 원리로 색좌표가 구성되는지 모르니 값을 외워야하고 외운값을 사용하려니 항상 혼돈이 오게 됩니다. '이 값이 적색이었나? 맞지? 이정도면 오렌지색정도 될 거 같은데..'라며 항상 혼돈의 대화가 이어집니다. 색좌표에 관심이 있어서 들어오신 여러분들은 이 시간 이후로 색좌표값에 대해 전혀 혼란스럽지 않게 될 것입니다.

자! 이제 왜 색좌표를 (계속 CIE1936 색좌표 기준입니다.) (x, y)좌표값으로 표현하는지 정리를 해봅시다.

색좌표는 엄밀히 말하면 (x, y, z)로 표현되어야 합니다. 왜냐하면 색좌표는 적색, 녹색, 청색의 색이 섞인 비율 값이기 때문입니다. 예를들면, 진적색의 색좌표인 (0.68, 0.32)의 색좌표를 해석해보면 x좌표값인 0.68의 의미는 적색의 해당되는 색비율이 68%(0.68), 녹색에 해당되는 빛이 32%(0.32)가 나오는 빛을 적색이라 표현하는 것입니다.

CIE(x, y, z)값은

x = 적색의 비율(%)

y = 녹색의 비율(%)

z = 청색의 비율(%) 

*x, y, z값을 모두 더하면 100%이기 때문에 z값은 생략함.

x+y+z = 1(100%)

한개의 예를 더들어 진청색의 색좌표인 (0.14, 0.08)을 보면 x, y값을 더하면 0.14+0.08 = 0.22가 되므로 청색에 해당하는 z값은 자연스럽게 1-0.22=0.78 이므로 이 색은 78%의 청색을 포함하는 색임을 알 수 있게 되는 겁니다.

이제 색좌표 표현에 대해 조금은 이해가 가시나요?? 그러니깐 정리하자면 적색이 많이 포함되어 있을 수록 x값이 크고 녹색의 비율이 커질 수록 y값이 커지며, 청색은 z값이 커지게 됩니다. 그러나 청색에 해당하는 z값은 항상 생략되므로 x, y 값이 유난히 낮다고 하면 청색이라고 생각하면 됩니다.

그런데 눈치가 빠르신 분들은 약간의 의문을 가지셧을 겁니다. 제가 분명히 진적색의 색좌표가 (0.68, 0.32)라고 했는데 

'아니 진적색이면 거의 순수 적색아니야?? 그럼 x가 1이고 y가 0이어야지(1, 0) 녹색의 비율이 왜이렇게 높아?'

맞습니다. 위와 같이 의문을 가지신분들은 정말 머리회전력이 나이스하신 분들입니다. 그럼 이 원인에 대해 한번 알아봅시다. 이 내용은 나중에 "OLED알아봅시다" 코너에서 자세하게 다룰 예정이기 때문에 간단히 정리를 해보겠습니다. 사람의 눈은 간상세포와 원추세포로 이루어진다는 것은 다 알고 계실테고, 각 각의 세포는 명암과 색을 구분합니다.

간상세포 = 명암구분

원추세포 = 색상구분

그런데 인간의 눈은 세가지의 원추세포를 갖고있습니다. 적색, 녹색, 청색을 각 각 인지하는 세가지 원추세포들이 시신경에 분포하고 있는 겁니다. 똑똑하신 과학자분들이 이미 이 세가지 원추세포들이 얼만큼 색에 반응하는지 자극치에 대해 정리를 해놓았습니다.

<사진1. 삼원색의 등색함수 그래프>

사진1.은 위에서 언급한대로 우리 눈의 색구분을 담당하는 세가지 원추세포가 각 각 어떠한 파장에서 자극을 느끼는지를 스펙트럼으로 정리를 해놓은 "등색함수(Color matching function)"이라는 삼자극치(Tristimulus value)에 관한 그래프입니다. (*이전 블로그에서는 색시감함수라는 표현을 했는데 등색함수라는 표현이 더 일반적이라서 이번 포스팅에서는 표현을 바꾸었습니다.) 

자. 그럼 등색함수를 자세히 살펴보도록 합시다. 세가지 색은 전체적으로 400~ 700nm의 파장대에 걸쳐 분포를 하고 있군요. 이 파장영역 어디서 많이 보시지 않았나요?? 맞습니다. 바로 가시광의 파장대와 일치합니다. 그럴 수 밖에 없는게 가시광(Visible light)이라는 단어의 뜻이 可(옮을 가) 視(볼 시) 光(빛 광) 그대로 읽어보면 보는것이 가능한 빛이라는 뜻입니다. 빛은 어디를 통해서 보죠? 눈이죠? 눈의 색을 구분하는 원추세포가 400~700nm의 파장대의 빛에 자극을 받아 시각정보를 받으므로 당연히 이 영역이 가시광 영역이 되는 겁니다.

그러면 다시 돌아와서 등색함수를 살펴보면 적색원추세포라도 상당히 넓은 범위에 걸쳐 있는 것을 확인할 수 있고 심지어 450nm 부근에서는 자극이 오히려 커지기도 합니다. 그리고 녹색은 굉장히 넓은 범위를 포함하고 청색은 정말 청색부분의 빛만 인식한다는 것 또한 알겠군요. 

이 말은 아무리 순수한 파장의 스펙트럼을 갖는 빛이라고 하더라도 색좌표값이 '절대로 (1, 0)이나 (0, 1) 혹은 (0, 0)으로 만들어질 수가 절대로 없는 것'입니다.

그렇다면 일반적인 적색 OLED의 스펙트럼과 적색 레이저급의 가상의 스펙트럼을 가지고 색좌표를 찍어 봅시다.

<사진2. Red OLED의 스펙트럼(왼쪽)과 가상의 얇은 스펙트럼(오른쪽)을 등색함수와 겹친결과>

사진2.(왼쪽)은 일반적인 적색 OLED의 스펙트럼을 등색함수에 겹쳐보았습니다. 파장은 분명 적색영역이지만 어쩔수 없게 녹색원추세포의 자극을 피해갈 수가 없군요. 그래서 이 스펙트럼의 색좌표를 구해보면 (0.60, 0.39)이군요. 적색빛이지만 우리 눈에서는 적색원추세포가 60%, 녹색원추세포가 39%의 비율로 이 빛을 인지하고 이러한 빛을 적색이라고 인지하는 것입니다. 

그렇다면 사진2.(오른쪽)의 거의 이상적인 단파장을 갖는 빛의 색좌표를 구해보면 (0.63, 0.36)입니다. 정말 좁은 영역의 스펙트럼이지만 색좌표 상으로도 역시 녹색원추세포의 자극을 피해갈 수 없습니다. 심지어 36%라는 큰 자극을 받게 되죠. 

이렇듯 색좌표는 원추세포에서 인식하는 색상의 비율값을 의미하기 때문에 x값이든 y값이든 절대적인 0이나 1의 값을 가질 수 없게 되는 것입니다.

오늘은 색좌표의 의미를 넘어 실제로 색좌표가 구성되는 원리와 실예를 들어 색좌표를 찍어보았습니다. 온전히 내용이 얼마만큼 전달될지는 모르겠으나 조금이나마 도움이 되셧으면 좋겠습니다. 언제나 질문은 받고 있습니다.