기판의 색은 빛이 지나가는 주변 환경이기도 합니다
LED(Light-Emitting Diode, 발광 다이오드)는 전류가 흐를 때 빛을 내는 반도체 부품입니다. PCB(Printed Circuit Board, 인쇄 회로 기판) 표면의 녹색·빨간색 등은 대개 솔더 마스크(solder mask)라는 보호막의 색입니다. 솔더 마스크는 납땜할 부분을 제외한 동박을 덮는 막이지만, LED 가까이에 있으면 빛을 받아 반사하는 표면이 되기도 합니다.
반사율(reflectance)은 표면에 들어온 빛 중 되돌아 나오는 빛의 비율입니다. 빛의 파장에 따라 반사되는 비율이 다르면 반사광의 색도 달라질 수 있습니다. 파장은 빛의 색을 구분하는 물리량이며, 가시광의 파장은 보통 나노미터(nm, 10억분의 1미터)로 나타냅니다. 표면이 반짝이는 정도인 광택(gloss)과 반사율은 같은 값이 아닙니다. 눈으로 반짝여 보인다는 이유만으로 전체 빛을 더 많이 되돌린다고 판단할 수는 없습니다.
LED 앞에 붙이는 렌즈(lens)는 빛이 나가는 방향과 퍼지는 범위를 조절하는 광학 부품입니다. LED 패키지에 포함된 작은 투명 구조와 구별해, 별도로 부착한 렌즈를 이차 광학 부품(secondary optic)이라고 부릅니다. 빛을 넓게 퍼뜨리는 확산판(diffuser)도 완성품의 색과 밝기 분포에 영향을 줍니다.
LED에서 바로 나온 빛과 기판을 거친 빛을 구분합니다
렌즈로 들어가는 빛이 모두 같은 경로를 거치는 것은 아닙니다. LED에서 렌즈로 직접 들어간 빛이 있고, 주변 표면이나 광학 부품에서 반사된 뒤 렌즈로 들어가는 빛도 있을 수 있습니다. 후자의 경로에 색이 있는 기판이 놓이면 그 표면의 반사 특성이 영향을 줍니다.
기판 색이 보인다고 LED 내부에서 만들어지는 빛 자체가 바뀌었다는 뜻은 아닙니다. 전류와 온도가 같더라도, 관찰자에게 도달하는 빛에 주변 반사광이 섞이면 다르게 보일 수 있습니다. 반대로 전류나 온도가 달라졌다면 LED 자체의 밝기와 색 변화도 함께 살펴야 합니다.
렌즈 아래의 홈 안으로 LED가 깊이 들어가는 구조에서는 LED에서 바로 들어오는 빛이 큰 비중을 차지할 수 있습니다. 그러나 이것만으로 기판 반사의 영향이 완전히 사라진다고 단정할 수는 없습니다. 렌즈의 형상·재질·표면, LED와의 간격, 기판이 드러난 면적을 함께 봐야 합니다. 중앙은 비슷해 보여도 가장자리나 비스듬히 보는 방향에서는 차이가 더 잘 드러날 수 있습니다.
색 이름보다 비교 조건을 먼저 맞춥니다
빨간 기판 하나와 흰 기판 하나를 켜 보고 색 차이를 모두 마스크 탓으로 돌리면 다른 원인을 놓치기 쉽습니다. 다음 항목을 먼저 맞추고, 맞추지 못한 조건은 기록합니다.
| 비교 항목 | 맞추거나 기록할 내용 | 조건이 달라지면 생기는 문제 |
|---|---|---|
| LED | 같은 부품 번호와 가능한 한 같은 색·광량 분류 | 원래 부품의 차이가 기판 색 차이처럼 보일 수 있습니다. |
| 전기 조건 | 각 LED에 실제로 흐르는 전류와 구동 방식 | 같은 전원 전압만으로 같은 발광 조건이 되지는 않습니다. |
| 열 조건 | 방열 구조, 주변 온도, 점등 후 안정된 상태 | 발열에 따른 색·밝기 변화가 섞일 수 있습니다. |
| 광학 부품 | 렌즈·확산판의 부품 번호, 높이, 중심 위치와 방향 | 기울어짐이나 간격 차이로 빛의 분포가 달라집니다. |
| 관찰 조건 | 거리, 각도, 주변 조명과 배경 | 다른 위치나 조명에서 본 차이를 재료 차이로 오해할 수 있습니다. |
LED는 같은 부품 번호 안에서도 색과 광량에 따라 분류해 공급할 수 있습니다. 이를 빈(bin)이라고 합니다. 비교할 부품의 분류가 다르면 그 차이도 남겨 두세요. 같은 분류라도 개별 편차가 완전히 사라지는 것은 아니므로 여러 시료에서 같은 경향이 반복되는지 확인하는 편이 좋습니다.
렌즈를 뺀 상태부터 최종 조립 상태까지 순서대로 봅니다
- 비교할 조립품을 준비합니다. 기판 색 외의 형상과 LED 배치를 최대한 같게 맞추고 시료를 구별해 둡니다. LED 전류를 해당 부품의 허용 범위로 설정하고, 전원 전압만 맞추는 대신 실제 전류를 확인합니다.
- 렌즈가 없는 상태를 기록합니다. 같은 거리와 주변 조명에서 LED 발광부와 주변 기판을 따로 살펴봅니다. 점등 전 주변광에 의해 보이는 기판 색도 확인하면 점등 뒤 생긴 차이를 구별하는 데 도움이 됩니다. 강한 광원을 가까이에서 직접 응시하지 않습니다.
- 렌즈를 정해진 위치에 장착합니다. 중심·높이·기울어짐을 맞춘 뒤 전기·열 조건을 다시 확인합니다. 렌즈를 손으로 들고 위치가 계속 달라지는 상태에서는 작은 색 차이를 비교하기 어렵습니다.
- 중앙과 가장자리를 나누어 관찰합니다. 정면뿐 아니라 실제 사용 중 바라볼 각도에서도 색 테두리나 밝기 얼룩이 생기는지 확인합니다. 여러 방향을 비교할 때는 관찰 위치를 표시해 같은 위치로 돌아올 수 있게 합니다.
- 빛을 받는 대상도 비교합니다. 제품이 벽이나 물체를 비추는 용도라면, 같은 위치에 같은 흰색 무광 표적을 놓고 중심과 주변의 색을 봅니다. 렌즈 표면에서 보이는 색 테두리가 비춘 면에서도 나타나는지는 별도로 확인해야 합니다.
- 최종 케이스를 닫고 다시 확인합니다. 앞판·확산판·내부 벽이 추가되면 반사와 혼합 조건도 달라집니다. 렌즈만 올려 본 결과를 완성품의 결과로 여기지 않습니다.
사진은 비교 기록으로 쓰고 광량 측정값으로 바꾸지 않습니다
사진을 찍는다면 노출(exposure)과 화이트 밸런스(white balance)를 고정합니다. 노출은 사진의 밝기에 영향을 주는 촬영 조건이고, 화이트 밸런스는 조명에 맞춰 색을 보정하는 기능입니다. 자동 설정이 시료마다 바뀌면 실제 차이를 감추거나 과장할 수 있습니다. 카메라 위치와 초점도 고정하고, 밝은 부분이 완전히 하얗게 뭉개지지 않는지 확인합니다.
설정을 고정한 사진이라도 교정된 광학 계측기를 대신할 수는 없습니다. 사진의 밝기만으로 광량이 몇 퍼센트 늘었다고 계산하거나 흰색의 차이를 수치로 확정하지 않습니다. 색도(chromaticity)는 밝기와 구별해 색을 수치로 나타낸 특성입니다. 색 허용 범위가 중요한 제품이라면 그 범위에 맞는 계측기로 최종 조립품의 색도를 측정해야 합니다. 전체로 나오는 빛의 양인 광속(luminous flux)과 특정 방향에서 보이는 밝기 역시 구별해서 평가합니다.
결과에 따라 다음에 바꿀 항목을 정합니다
렌즈를 빼면 시료들이 비슷하고 렌즈를 얹었을 때만 가장자리 색이 달라진다면, 렌즈 위치와 기판 반사 경로를 우선 확인합니다. 렌즈가 없어도 발광부 색이 서로 다르면 LED 분류·전류·온도 차이부터 살펴봅니다. 관찰 각도에 따라 차이가 커지는 경우에는 정면 사진 한 장으로 합격 여부를 정하지 말고 실제 사용 각도를 검사 조건에 넣습니다.
흰 마스크는 빛을 반사하는 용도로 활용할 수 있지만, 모든 제품에서 원하는 색과 밝기를 보장하지는 않습니다. 검은 마스크나 다른 색도 이름만으로 우열을 정할 수 없습니다. 최종적으로는 선택한 LED·기판 표면·렌즈·케이스 조합이 필요한 방향에서 원하는 색과 밝기를 내는지 확인해야 합니다. 마스크 색이나 재료, 광학 부품의 위치를 변경하면 이 비교를 다시 수행합니다.