[빛을 알면 과학이 보여요] 빛과 색

이병호 (서울대학교 전기정보공학부 교수)
사람 눈의 망막에는 원뿔 세포(원추 세포)와 막대 세포(간상 세포)가 있습니다. 막대 세포는 약한 빛에 반응하여 밝기를 감지합니다. 원뿔 세포에는 세 가지 종류가 있는데, <그림 1>에서 보듯이, 적(R)원뿔 세포는 빨간색에, 녹(G)원뿔 세포는 초록색에, 청(B)원뿔 세포는 파란색에 잘 반응합니다.

<그림 1>에서 A로 표시된 파장의 빛(노랑)이 눈에 들어오면, 그래프의 높이가 보여 주듯이 적원뿔 세포와 녹원뿔 세포가 다 반응하여 전기 신호를 B와 C만큼 뇌에 전달합니다. 뇌에서는 B와 C의 비율을 가지고 색을 판별합니다. 만약 D와 E로 표시된 두 가지 파장의 빛들이 적절하게 섞여 들어오면 적원뿔 세포와 녹원뿔 세포가 모두 반응하여 뇌에 전달하는 신호의 비율이 A 파장의 신호 비율과 똑같아질 수 있습니다. 즉, 두 개의 서로 다른 파장의 빛을 섞어 중간 파장의 빛과 똑같이 우리 뇌가 느끼도록 만드는 게 가능하지요. 이것이 빛의 삼원색의 원리입니다.

<그림 2>는 빛의 삼원색(빨강, 초록, 파랑)이 합쳐지는 것을 보여 줍니다. 이를 가산 혼합이라고 합니다. 물감의 경우는 특정한 파장을 갖는 빛들을 흡수하고, 흡수되지 않은 빛이 반사되어 색을 나타냅니다. 따라서 서로 다른 색깔의 물감을 섞으면 흡수되는 파장 영역들이 더 넓어지면서 <그림 3>과 같이 더 어두워지고요. 이를 감산 혼합이라고 하고, 이 경우의 삼원색은 마젠타(자홍), 시안(청록), 노랑입니다.

액정 디스플레이(LCD)와 같은 디스플레이 장치에서는 빨강, 초록, 파랑의 삼원색을 이용해 모든 색상을 표현합니다. <그림 4>는 색 좌표라고 불리는 것으로서, 우리가 보는 색들을 다 표현하고 있습니다. LCD와 같은 디스플레이 장치에서는 A, B, C로 표시된 색들을 섞어서 삼각형 A, B, C 안의 모든 색을 표현합니다. 삼각형 밖의 색은 표현할 수 없습니다. 그러므로 삼각형은 넓을수록 좋겠지요.