이렇듯 조명기구에는 빛의 형태를 다루기 위해 빛을 반사시키기도 하고, 굴절 또는 흡수시키거나 투과시키는 등의 다양한 재료가 사용됩니다.
이들은 각각 어떤 성질을 지니며, 우리 삶에 어떻게 적용되고 있을까요? 그럼 이번 시간에는 다양한 빛의 특성들에 대해 알아보도록 하겠습니다.

일반적으로 물체의 표면에 떨어지는 빛은 일부는 흡수되고 또 일부는 반사됩니다. 반사되는 빛의 양은 표면의 유형에 따라 달라집니다. 또한 빛이 표면에 떨어지는 각도(입사각)와 떨어지는 빛의 스펙트럼 등에도 영향을 받습니다.

예를 들어 검은 벨벳과 같이 매우 어두운 표면에 빛이 떨어질 경우 빛의 대부분은 흡수되고, 매우 적은 양의 빛만이 반사됩니다.
알루미늄이나 은, 흰색 페인트와 같은 표면은 90% 이상의 빛을 반사시킵니다. 색을 가진 물체는 다른 색은 흡수하고 특정색만을 반사하기 때문에 우리 눈에 그 색으로 인식되는 것입니다.
예를 들면 빨간색의 물체는 빨간색의 빛만을 반사시키는 것이죠. 색에 대한 더 자세한 내용은 이후 강의에서 별도로 좀 더 자세히 다루도록 하겠습니다.

빛이 반사되는 유형은 크게 정반사 (Specular reflection), 확산(Diffuse), 혼합반사(Mixed reflection) 세 가지로 구분할 수 있습니다.

정반사는 잔잔한 물이나, 광택이 나는 유리의 표면처럼 매끄러운 표면에서 일어납니다. 이 현상이 거울과 유사해 이를 ‘거울반사(Mirror reflection)'라고도 합니다. 들어오는 빛을 그대로 반사하는 것으로, 이때 반사하는 빛의 각도는 들어오는 빛의 각도와 동일합니다.

정반사는 정밀한 조명 제어가 필요할 때 매우 유용합니다. 가로등의 투광조명, 자동차의 헤드라이트, 실내조명 등기구 등에 빛의 정반사가 사용됩니다.
이렇게 거울면에 의한 정반사를 이용해 적당하나 모양으로 배광을 조정하도록 하는 장치를 ‘거울 반사갓’(Mirror relflector)라고 부릅니다. 실제로 유리거울이 사용되기도 하지만, 최근에는 알루미늄과 같은 금속면을 가공하여 사용하는 경우가 많습니다.
이러한 반사갓의 모양(구형, 타원형, 포물선)과 광원의 위치에 따라 빛을 확산시키거나 평행하게 뻗어나가도록 만들 수도 있으며, 빛을 한 곳으로 모으는 것도 가능합니다.

빛이 도달한 표면이 일정 수준의 불규칙성을 보일 경우, 입사광은 빛이 들어온 방향과 상관없이 모든 방향으로 반사됩니다. 이러한 반사 유형을 난반사(또는 확산)이라고 합니다.

앞에서 설명한 정반사와 확산 사이에는 여러 가지 혼합된 반사의 형태가 있습니다. 그리고 대부분의 자연현상에서는 이 두 가지가 함께 일어나죠. 그중 하나는 확산 반사(Spread reflection)이며, 이는 본질적으로 정반사의 방향을 따르지만, 빛은 직선이 아닌 확산의 형태로 퍼지게 됩니다. 가로등에 비친 젖은 노면이 이에 친숙한 사례이지요. 이러한 확산반사는 작은 굴곡, 망치질한 표면, 에칭 또는 변색된 표면에 의해 발생합니다.

또 다른 형태는 복합반사(Compound reflection)입니다. 이것은 거친 표면에 반사된 혼합반사입니다. 복합 반사는 확산 반사에 비해 난반사가 보다 많은 영역을 차지합니다, 기본적으로 난반사를 일으키되, 입이 들어온 방향과 반대방향으로 조금 더 많은 빛이 확산되는 형태입니다. 광택이 적은 페인트로 칠한 표면, 돌, 건조한 노면은 이러한 형태의 반사를 보여줍니다.

표면에 입사되는 것이 완전히 반사되는 것을 내부 전반사라고 합니다. 내부 전반사가 발생하려면 두 가지 기본 조건이 충족되어야 합니다.

빛은 광학적으로 밀도가 높은 매질에서 낮은 매질로 이동할 때 경계면에서 진행방향이 바뀝니다. 이를 굴절이라고 하는데, 이럴 때 입사각이 일정 각도를 지나게 되면 빛이 매질을 통과하지 못하고 반사하게 됩니다. 이를 임계각이라고 합니다.

이 현상은 유리 섬유에 사용할 수 있습니다. 우리는 이를 광섬유라고 부릅니다. 유리와 공기의 임계각 값은 42° 입니다.
유리 섬유에 날카로운 곡선이 없는 경우, 유리섬유의 끝부분을 제외하고는 빛이 섬유 밖으로 떠날 수 없습니다. 이러한 현상을 통해 빛을 먼 거리로도 전송이 가능합니다. 그리고 이는 손실이 적은 전송방식이기도 합니다. 광섬유는 조명설비에서 빛을 전달하는 것뿐 아니라, 디지털 데이터 전송을 위해 보다 넓게 사용되고 있습니다.

오늘은 빛의 특징 중 가장 기본적이면서 많은 곳에 사용되는 '반사'에 대해 알아보았습니다. 빛이 표면에 도달할 때, 세 가지 요소가 반사에 영향을 준다고 말씀드렸습니다.
표면의 재질과 상태, 들어오는 빛의 스펙트럼, 빛이 들어오는 각도이지요. 표면의 재질에 따라 빛을 일부가 흡수되기도, 모두 반사되기도 합니다. 또한 표면 상태에 따라 빛은 확산되기도, 반사되기도 합니다.
이때 빛이 들어오는 입사 각도는 어느 방향으로 빛이 반사될지를 결정하죠.

앞서 말씀드렸던 것처럼 이밖에도 빛은 흡수되고, 투과되기도 하며, 굴절을 일으키기도 합니다.
다음 시간에는 이런 빛의 다른 특성에 대해서 말씀드리도록 하겠습니다.