이 글은 Claude Opus 5.5 를 이용해 초안이 작성되었으며, 이후 퇴고를 거쳤습니다.

1887년 초, 경복궁 건청궁에 전등이 켜졌습니다. 조선 왕실이 에디슨 전기회사와 계약해 들여온 설비로, 16촉광 백열등 750개를 켤 수 있는 규모였다고 알려져 있습니다. 2013년 7월 정부가 2014년부터 백열전구의 생산과 수입을 전면 중단한다고 발표하자, 정책브리핑 기사는 1887년 이후 127년 만이라고 적었습니다. 그런데 2015년 건청궁 발전소 터를 발굴한 국가유산청(당시 문화재청)은 백열전구가 아닌 아크등을 쓴 흔적을 찾았다고 밝혔습니다. 탄소봉과 1870년이 새겨진 유리 절연체가 나왔습니다. 한국의 첫 전등이 백열전구였는지부터 확실하지 않은 셈입니다.

어쨌든 백열전구가 비운 자리는 지금 전구색 LED 가 채우고 있습니다. 상자에 적힌 숫자는 둘 다 2700 K 언저리인데, 사람 눈에 둘은 정말 같은 빛입니까.

백열전구가 퇴장한 길#

한국의 퇴출 계획은 2008년 12월 제4차 에너지이용합리화 기본계획에 들어갔습니다. 보도자료는 백열전구를 빛에너지가 5% 에 불과하고 95% 를 열로 내보내는 대표적인 저효율 기기로 꼽았습니다. 방법은 금지 조항이 아니라 효율 하한이었습니다. 에너지이용 합리화법은 최저소비효율기준에 못 미치는 제품의 생산과 판매를 금지할 수 있게 하는데, 그 기준을 11 lm/W 에서 20 lm/W 로 올린 것입니다. 보통 백열전구의 효율은 10~15 lm/W 라서 넘을 수 없는 선이었습니다. 산업용이나 사진용, 장식용 같은 특수 목적 전구는 빠졌습니다.

지역방식일반 백열전구가 막힌 시점
한국최저소비효율기준 20 lm/W (2008년 계획)70~150 W 는 2012년 1월, 25~70 W 는 2014년 1월부터 생산·수입 금지
EU규정 244/20092009년 9월(불투명 전구와 100 W)부터 2012년 9월(40 W 이하)까지 단계적으로. 투명 할로겐은 2018년 9월
미국에너지독립안보법(EISA, 2007), 에너지부 규칙(2022)2012~2014년 출력별 효율 기준, 2022년 7월 45 lm/W 미만 판매 금지 발효, 2023년 단속 본격화
일본2008년 경제산업성의 요청 (법적 금지 아님)도시바 2010년 3월, 파나소닉 2012년 10월 생산 종료

2007년 말만 해도 백열전구는 전구형 형광램프와 시장을 반씩 나눠 51.5% 를 차지했고, 판매량은 2008년 1,860만 개에서 2012년 1,050만 개로 줄었습니다. 도시바는 2010년 3월 일반 백열전구 생산을 끝내며 120년 동안 이어 온 생산이라고 밝혔습니다.

다음 차례는 형광등입니다. 수은에 관한 미나마타 협약은 당사국총회 결정으로 형광램프의 제조와 수출입을 끝낼 해를 정해 두었고, 2023년 결정을 거친 지금 표에서 마지막까지 남은 삼파장 직관형과 원형 형광등도 2027년이 마지막 해입니다. 한국은 이번에도 효율 하한으로 대응해, 효율관리기자재 운용규정의 마지막 단계가 2027년 12월 31일부터 적용됩니다. 산업통상자원부는 이를 2028년부터 기준 미달 형광램프의 제조와 수입이 금지되는 것이라고 설명했습니다.

필라멘트가 내는 빛#

백열전구의 색온도는 2700~3000 K 입니다. DOE 의 CALiPER 보고서(2008)는 백열전구의 효율이 대개 18 lm/W 를 넘지 않고, 실측한 60 W 전구는 12.1 lm/W 였으며, 전력의 약 90% 가 열로 나간다고 적었습니다. 미국 연방거래위원회(FTC)는 60 W 전구의 밝기를 약 800 lm 으로 안내합니다.

달군 텅스텐 필라멘트는 흑체에 가까운 빛을 냅니다. 스펙트럼에 봉우리나 골이 없이 파장에 따라 매끄럽게 이어지고, 빨강 쪽으로 갈수록 세집니다.

여기서 연색지수(Ra)의 정의 하나를 알아 둘 필요가 있습니다. CIE 의 연색성 계산은 시험할 광원을 같은 색온도의 기준광과 견주는데, 5000 K 아래에서는 그 기준광이 같은 색온도의 흑체입니다. NIST 와 DOE 자료가 같은 설명을 합니다. 그래서 백열전구는 계산하기도 전에 Ra 100 으로 여겨집니다. 연색지수가 높다는 말은 5000 K 아래에서라면 백열전구에 가깝다는 말과 거의 같습니다.

같은 2700 K, 다른 스펙트럼#

흔한 백색 LED 는 450 nm 근처의 청색 LED 에 형광체를 입혀 노랑과 빨강을 만듭니다. CIE 가 “전형적인 LED” 로 정해 공개한 2733 K 스펙트럼을 같은 밝기의 흑체와 견주어 계산해 보면, 450 nm 에서는 흑체의 약 2배, 480 nm 에서는 0.6배, 650~700 nm 의 깊은 빨강에서는 0.35배입니다. 파란 봉우리 하나, 그 옆의 청록 골, 그리고 모자란 빨강. 같은 2700 K 라도 백열전구와는 모양이 꽤 다릅니다.

CIE 의 대표 스펙트럼으로 연색지수와 멜라놉 계수를 계산하면 다음과 같습니다.

CIE 광원빛을 내는 방식색온도RaR9멜라놉 DER
A텅스텐 필라멘트2856 K1001000.50
LED-B1청색 LED + 형광체2733 K82130.41
LED-BH1청색 LED + 형광체 + 적색 LED2851 K92730.41
LED-V1보라색 LED + 형광체2724 K95980.50

R9 는 채도 높은 빨강이 얼마나 제대로 보이는지를 나타내는 값입니다. NIST 의 Ohno(2005)가 지적하듯 R9 는 Ra 계산에 들어가지 않아서, Ra 82 인 LED 도 R9 는 13 일 수 있습니다. 사과의 빨강, 입술과 피부의 붉은 기, 나무 가구의 따뜻한 갈색이 이 영역에 걸립니다. 깊은 빨강을 늘리면 그만큼 효율이 떨어지기 때문에, 흔한 LED 가 이 대목을 아낍니다. 계산에서도 보라색 LED 형의 스펙트럼 효율 상한은 일반형보다 4분의 1쯤 낮게 나왔습니다.

같은 표의 멜라놉 DER 은 다른 이야기를 합니다. 흔한 전구색 LED 의 0.41 은 같은 색온도의 흑체(2700 K, 0.46)보다 조금 낮습니다. WELL 건물 인증 기준의 표도 2700 K LED 를 2800 K 백열전구보다 낮게 둡니다. 같은 색온도라면 LED 가 백열전구보다 저녁 수면에 더 나쁘다는 말은 이 계산으로는 뒷받침되지 않습니다.

자연스러운 빛과 좋아하는 빛#

스펙트럼이 다르다고 사람이 그 차이를 알아보는지는 따로 확인해야 합니다. 몇 실험이 이 질문을 정면으로 다뤘습니다.

Veitch 외(2014)는 조도와 색도를 똑같이 맞춘 석영 할로겐(Ra 98), 4채널 LED(Ra 96), RGB 3채널 LED(Ra 18)를 비교했습니다. 색상 배열 검사, 자기 피부가 얼마나 좋아 보이는지, 인쇄 사진의 채도 선호에서 4채널 LED 는 할로겐과 차이가 없었고, RGB LED 는 모든 항목에서 달랐습니다. 잘 만든 LED 라면 이런 검사에서 할로겐과 구별되지 않는다 는 가장 직접적인 근거입니다.

흔한 LED 는 사정이 다릅니다. Jost-Boissard 외(2015)는 3000 K 에서 45명에게 할로겐과 형광등, LED 조합 7종을 나란히 비교하게 했는데, 자연스러움에서 표준 광원보다 높게 평가된 LED 는 하나도 없었고 과일과 채소는 할로겐과 형광등 아래에서 더 자연스러워 보였습니다. Houser 외(2014)에서는 39명이 2800 K 대의 할로겐과 LED 아래에서 형광증백제가 든 흰 시료를 정렬했는데, 청색 펌프 LED 아래에서는 시료가 형광을 내지 않아 흰 정도의 순서를 제대로 가리지 못했습니다. 형광증백제를 넣은 흰 셔츠나 종이가 할로겐 아래보다 덜 하얗게 보일 수 있다는 뜻입니다.

그런데 사람들이 늘 백열전구의 빛을 고르지는 않습니다. 같은 Jost-Boissard 실험에서 빨강이 많은 LED 조합은 더 매력적이라는 평을 받았고, 자연스러움과 매력도의 상관은 매우 낮았습니다. NIST 의 Ohno 와 Fein(2014)은 분광 가변 조명실에서 2700~6500 K 의 흰빛을 보여 주며 가장 자연스러운 쪽을 고르게 했는데(분석 17명), 평균적으로 Duv −0.015 근처, 곧 흑체 궤적보다 살짝 분홍 쪽이 가장 자연스럽게 보였습니다. 2016년 21명 재실험도 거의 같았습니다. PNNL 의 Royer 외(2018)도 34명 실험에서 2700 K 일 때는 Duv 가 음수인 빛을 더 정상적이고 더 좋다고 평가했습니다. 백열전구는 흑체 궤적 위, Duv 0 에 있습니다.

이 결과가 이번 조사에서 가장 의외였습니다. 백열전구의 빛이 기준점이긴 하지만, 사람이 가장 자연스럽게 느끼는 흰빛이 꼭 그 자리에 있는 것은 아니었습니다.

빛이 퍼지는 모양도 인상을 바꿉니다. 실물 크기 거실 모형에서 24명이 백열전구, 할로겐, LED, 형광등 전구를 평가한 Obando 외(2018)는 따뜻한 2700 K 와 함께, 공간에 빛을 고르게 퍼뜨리는 램프가 선호됐다고 보고했습니다. 사방으로 빛을 내는 필라멘트와 달리 LED 전구는 지향각이 제한된 제품이 많아서, 한국소비자원이 2022년 시험한 12종도 153°에서 201° 사이였습니다.

아쉽게도 흔한 2700 K, Ra 80 대 LED 전구와 백열전구를 같은 밝기, 같은 배광으로 맞춰 실제 집에서 눈을 가리고 비교한 동료 심사 연구는 찾지 못했습니다.

어두워질 때 갈리는 빛#

일상에서 차이가 가장 크게 드러나는 순간은 불을 낮출 때일 것입니다. 백열전구는 전류를 줄이면 필라멘트가 식으면서 빛이 붉어집니다. DOE 의 2020년 발표 자료에 따르면 전력 100% 에서 2744 K 이던 백열전구가 가장 어둡게 낮추면 1600 K 까지 내려갑니다. 반면 보통 LED 는 어둡게 해도 스펙트럼이 거의 변하지 않아 색온도가 그대로입니다.

이 차이를 메우려는 제품이 dim-to-warm, 곧 어두워질수록 따뜻해지는 LED 입니다. DOE 가 시험한 시판 제품 넷은 약 2700 K 에서 1800~2200 K 까지 내려갔지만, 백열전구의 곡선 모양을 흉내 낸 것은 그중 하나뿐이었습니다. 필립스의 warm glow 전구는 2700 K 에서 2200 K 로 내려가고, 사양표의 연색지수는 제품에 따라 80~95 입니다.

어둡게 할 때 붉어지는 빛은 몸에도 다르게 닿습니다. CIE 데이터로 계산한 흑체의 멜라놉 DER 은 2700 K 에서 0.46 이지만 2000 K 에서 0.29, 1600 K 에서 0.19 입니다. 백열전구를 낮추면 밝기와 함께 스펙트럼 계수도 내려가서, 저녁의 생체시계 자극이 이중으로 줄어듭니다. 고정 색온도 LED 는 밝기만 줄어듭니다.

깜빡임#

백열전구도 사실 깜빡입니다. 교류 전원을 따라 필라멘트 온도가 오르내리기 때문입니다. 다만 필라멘트가 금방 식지 않아 폭이 작습니다. DOE 의 깜빡임 자료(2013)는 백열전구 A19 의 퍼센트 플리커를 13.4% 로 쟀고, 백열전구 A19 는 제품끼리 거의 같다고 했습니다. LED 는 구동 회로에 달려 있습니다. 같은 자료의 LED 예시는 좋은 제품이 0.4%, 나쁜 제품이 97.2% 였습니다. 시판 LED A19 15종을 시험한 CALiPER 3.1(2014)에서는 절반이 백열전구와 비슷하거나 더 적게 깜빡였고, 광출력을 20~30% 아래로 낮출 때만 깜빡임이 커지는 무리도 있었습니다.

깜빡임이 몸에 닿는다는 근거는 오래됐습니다. Wilkins 외(1989)의 이중맹검 교차 실험에서 사무실 형광등을 고주파 안정기로 바꾸자 두통과 눈 피로가 절반 아래로 줄었습니다. EU 의 SCHEER 도 일부 LED 의 시간적 광변조를 건강 우려로 꼽으면서, LED 가 깜빡여야 할 기술적 이유는 없고 소비자는 살 때 이를 구별할 수 없다고 적었습니다.

EU 는 2021년 9월부터 주전원에 연결하는 LED 광원에 깜빡임 지표 PstLM 1.0 이하를, 2024년 9월부터는 스트로보 지표 SVM 0.4 이하를 요구합니다. 한국의 일반 LED 전구에는 이런 의무 기준이 없습니다. 효율관리기자재 운용규정에 깜빡임 항목이 없고, 통신으로 밝기나 색온도를 조절하는 스마트 LED 에 대한 임의 인증(고효율에너지기자재)만 PstLM 1.0 이하, SVM 0.9 이하를 요구합니다. 한국소비자원의 2022년 시험에서도 12개 브랜드의 깜빡임은 차이가 컸습니다. 오스람과 필립스가 별 셋, 남영LED 등 여섯 브랜드가 별 둘, 노브랜드·루미앤·번개표·온리프라이스가 별 하나였습니다. 다만 시험한 제품은 모두 주광색이었습니다.

따뜻한 빛과 따뜻한 열#

백열전구 가까이 손을 대면 뜨겁습니다. CALiPER 2008 보고서는 백열전구 유리 표면이 200 °C 를 넘는다고 적었습니다. 전구색이라는 이름의 따뜻함에는 이 열의 기억도 섞여 있을지 모릅니다. LED 는 적외선이 거의 없습니다.

빛의 색만으로 몸이 따뜻하게 느끼는지에 대해서는 근거가 약합니다. Toftum 외(2018)의 44명 실험에서 2700 K 에서 6200 K 로 바꾸자 덜 따뜻하게 느꼈는데, 그 효과는 실온 22 °C 에서만 나타났고 크기는 실온 1.7 °C 차이에 해당했습니다. 2026년 Building and Environment 에 실린 Bavaresco 외의 여러 나라 공동 실험은 464 세션을 모아 3000 K, 4000 K, 6000 K 를 비교했지만 이 가설을 지지하는 통계적으로 유의한 효과를 찾지 못했습니다. 백열전구의 복사열이 방 안의 체감 온도를 바꾸는지 직접 잰 연구는 찾지 못했습니다.

고르는 법#

한국에서 LED 전구의 효율 라벨에는 광효율과 입력전력, 1시간 사용 시 CO2 배출량에 광원색과 소비효율등급이 반드시 들어갑니다. 시험 기준상 연색지수는 80 이상이어야 하고, 표시 색온도마다 허용 범위가 있습니다. 1등급은 10 W 형이라면 약 106 lm/W 이상입니다. 여기에 위에서 본 내용을 더하면 살 때 볼 것은 이렇습니다.

  • 이름 대신 켈빈 숫자를 봅니다. 전구색은 2700 K 와 3000 K 가 섞여 팔리고, 주백색은 4000 K 일 수도 5000 K 일 수도 있습니다.
  • 연색지수는 법정 하한이 80 입니다. 피부와 음식 색이 중요한 곳이라면 Ra 90 이상을 고르고, R9 가 적혀 있으면 함께 봅니다.
  • 밝기는 lm 으로 봅니다. 60 W 백열전구가 약 800 lm 이고, 소비자원이 시험한 10~12 W LED 전구는 877~1,461 lm 이었습니다.
  • 조광기에 물릴 생각이면 조광 가능 표시를 확인하고, 백열전구처럼 어두워질 때 붉어지기를 원하면 dim-to-warm 제품을 찾습니다.
  • 깜빡임은 국내 의무 기준이 없으니 시험 결과가 공개된 제품이나 스마트 LED 고효율 인증 제품이 낫습니다.

방마다 몇 켈빈을 쓰라고 정한 공식 기준은 찾지 못했습니다. 조도 기준인 KS A 3011 은 색온도를 다루지 않는다고 2014년 국내 논문이 지적했고, 소비자원의 구매 가이드도 하얀빛을 좋아하면 주광색, 노란빛을 좋아하면 전구색이라는 취향 기준을 씁니다. 미국 환경보호청의 ENERGY STAR 안내는 따뜻한 흰빛이 대부분의 실내에 맞고 차가운 흰빛은 부엌과 작업 공간에 좋다고 하고, 프랑스 ANSES 는 가정에서 3000 K 미만을 권합니다. 그래서 방보다 그 방을 쓰는 시간과 일로 나눠 보는 편이 Part 1 의 연구와도 맞습니다.

flowchart TD
    Q["그 방에서 주로 언제, 무엇을 하는가"]
    E["저녁에 쉬는 곳<br/>거실 · 침실"]
    W["낮에 일하거나 공부하는 곳<br/>서재 · 책상"]
    C["색을 봐야 하는 곳<br/>화장대 · 부엌"]
    E1["2700 K 안팎<br/>밝기는 필요한 만큼만<br/>조광형이면 dim-to-warm"]
    W1["밝기를 먼저 확보<br/>색온도는 취향대로<br/>밤까지 쓰면 조절형"]
    C1["Ra 90 이상<br/>R9 가 적혀 있으면 확인"]
    Q --> E --> E1
    Q --> W --> W1
    Q --> C --> C1
    style E1 fill:#FFB46B,color:#000000
    style W1 fill:#EEF0FF,color:#000000
    style C1 fill:#90EE90,color:#000000

색온도 조절 전구라면 시간대에 맞춰 바꾸는 일정을 걸어 둘 수 있습니다. 필립스 Hue 나 이케아는 하루의 빛을 따라가는 모드가 더 잘 자게 돕는다고 홍보하지만, 그 홍보문은 근거 연구를 밝히지 않습니다. 저녁이 되면 색을 낮추고 밝기도 함께 줄이는 일정이라면, 홍보문보다는 2022년 Brown 외의 권고 쪽에 더 가까운 쓰임입니다.

그래서 다른 빛인가#

흔한 Ra 80 대 전구색 LED 와 백열전구는 다른 빛입니다. 빨강과 피부, 흰 천에서 차이가 나고, 불을 낮출 때 하나는 붉어지고 하나는 그대로이며, 제품에 따라 깜빡임도 다릅니다. 연색지수 95 안팎에 빨강을 제대로 내는 LED 라면 조도와 색을 맞춘 실험에서 할로겐과 구별되지 않았고, dim-to-warm 과 깜빡임 없는 구동 회로까지 갖추면 남는 차이는 빛이 퍼지는 모양과 손에 닿는 열 정도로 보입니다. 백열전구가 사라져 아쉬운 것이 그 빛이라면 되찾을 수 있지만, 그러려면 상자의 2700 K 보다 작은 글씨를 더 읽어야 합니다.

자료에 대해#

퇴출사는 국무총리실과 지식경제부, 산업통상자원부의 보도자료, 국가법령정보센터의 고시 원문, EU 규정의 영국 국립기록원 사본, 미국 법률과 에너지부 문서, 도시바와 파나소닉의 공식 발표를 따랐습니다. 일본 경제산업성의 2008년 요청은 원문 대신 환경성 보도자료의 인용으로 확인했습니다. 연색지수와 멜라놉 계수, 흑체 대비 스펙트럼 비율은 CIE 공개 데이터로 계산한 값이라 실제 제품과 다를 수 있고, CIE 13.3 원문은 열람하지 못해 기준광에 관한 설명은 NIST 와 DOE 자료에 기댔습니다. 사람이 차이를 알아보는지에 대한 실험은 대부분 수십 명 규모의 실험실 연구이며, Veitch 외의 참가자 수는 초록에서 확인하지 못했습니다. 소비자원의 깜빡임 결과는 수치 없이 별점으로만 공개됐습니다.

편주제
Part 1주광색·주백색·전구색
Part 2 (이 글)전구색 LED 와 백열전구

References#