변색 렌즈(Photochromic Lenses)

요즘 장마가 끝나고 햇볕이 강한 날씨 때문에 밖에 나가면 눈이 부시다. 이때 선글라스를 낀다면 눈부심이 감소되고 보는 것이 훨씬 편해질 것이다. 그런데 안경을 쓰는 사람은 실내에서는 일반 안경을 쓰고 실외에서는 선글라스를 써야 하기 때문에 안경과 선글라스를 항상 함께 가지고 다니는 불편함이 있다. 그래서 이번 글에서는 안경 역할과 선글라스의 역할을 동시에 하는 변색 렌즈에 대하여 알아보고자 한다.

변색 렌즈(Photochromic Lenses)가 무엇인가?

변색 렌즈, 또는 Photochromic 렌즈는 자외선(UV)에 반응하여 렌즈의 색이 자동으로 변하는 안경 렌즈를 말한다. 이러한 렌즈는 실내와 실외에서 모두 사용 가능하며, 실외에서는 선글라스처럼 자외선에 의해 어둡게 변색하여 눈을 보호하고, 실내에 들어오면 자외선이 줄어들어 다시 투명해진다. 이러한 특징으로 인해 변색 렌즈는 야외에서 활동이 많거나 자외선과 유해 블루라이트로부터 강력한 눈 보호를 원하는 사람들에게 추천되는데, 자동으로 필요한 양의 음영을 눈에 전달하여 최적의 빛의 양과 생생한 시력을 제공한다. 

변색 렌즈의 원리

변색 렌즈(광변색 렌즈)는 자외선에 반응하여 렌즈의 색이 변하는 특별한 렌즈이다. 이 렌즈의 원리는 자외선에 노출될 때 특정 물질이 반응하여 색상을 변화시키는 것으로 설명된다. 변색렌즈에 사용되는 물질은 주로 염화은(AgCl)과 염화구리(CuCl)이다. 이 물질은 자외선(파장 250~450 ㎚)에 노출되면 염화이온(Cl-)이 전자를 방출하여 은이온(Ag+) 또는 구리이온(Cu+)과 결합하여 원자로 변화시키고. 자외선이 사라지면 원자가 되었던 물질이 다시 이온 형태로 되돌아가면서 렌즈가 원래의 투명한 상태로 복귀한다. 이러한 과정을 산화환원반응(oxidation-reduction reaction)이라고 한다. 따라서 실내에서는 변색렌즈가 투명하고, 외부에서는 자외선에 반응하여 렌즈가 어두워져 색상이 변하기 때문에 실내와 실외에서 모두 편리하게 사용할 수 있는 안경 렌즈로서 점점 더 인기를 얻고 있다.

자외선이 감광 물질의 구조를 변화시켜 렌즈 색이 변화

변색 렌즈의 역사

변색 렌즈의 개발이 시작된 것은 1950년대 냉전시대(1957~1968년)로 핵무기가 사용돼 강력한 폭발이 일어났을 때 발생하는 화구의 빛으로부터 눈을 보호하기 위해 즉시 진한 농도의 색으로 발색하는 보호안경이 이상적인 눈의 방어책으로 생각되었다고 하는데. 이것이 변색 렌즈 개발의 시작이었다고 알려져 있다. 군사적 필요에 의해 개발된 변색 렌즈의 상업화는 1960년대부터 시작돼 유리 변색 렌즈는 1964년 미국의 코닝(Corning)사에 의해 개발되었다. 플라스틱계 변색 렌즈는 유리 변색 렌즈에 비해서 성능이 떨어지고 수명이 짧았으나, 2007년 본격적으로 시판된 미국 TransitionⓇ사의 획기적인 플라스틱계 감광렌즈 제품은, 농도변화가 거의 완벽해 세계 우수 메이커들은 이 회사에 비용을 지불하고 렌즈를 만들고 있다.

변색 렌즈의 유형 

표준 변색 렌즈(Standard Photochromic Lenses): 가장 일반적인 유형의 변색 렌즈이다. 햇빛과 같은 자외선에 노출되면 어두워지고 실내나 저조도 조건에서는 선명한 상태로 돌아오도록 설계되었으며 일상적인 사용에 적합하고 유해한 자외선으로부터 눈을 보호한다.

변색 선글라스 렌즈 : 일부 변색 렌즈는 선글라스 역할을 하도록 특별히 설계되었다. 이 렌즈는 밝은 야외 조건에서 선글라스 색조로 어두워져 추가적인 눈부심 감소 및 강렬한 햇빛으로부터 보호한다. 운전, 스포츠 및 야외 활동에 유용하다.

트랜지션 드라이브웨어 렌즈(Transition Drivewear Lenses): 자동차 앞유리 뒤에서 작동하도록 설계된 특수 광변색 렌즈이다. 앞유리가 어두워지는 과정을 활성화하는 데 필요한 자외선을 차단하기 때문에 표준 변색 렌즈는 자동차 내부에서 어두워지지 않을 수 있습니다. 그러나 트랜지션 드라이브웨어 렌즈는 광변색과 편광 기술을 결합하여 가시광선과 자외선에 반응할 수 있어 운전에 적합하다.

Sensity 및 LifeRX 렌즈: Sensity 및 LifeRX는 변색 렌즈의 특정 브랜드 이름이다. Sensity 렌즈는 빠른 활성화 및 페이딩(어두워짐) 속도로 잘 알려져 있으며, LifeRX 렌즈는 다양한 처방 및 안경테 스타일에 대한 광범위한 옵션을 제공하여 사용자 정의가 더욱 용이하도록 설계되었다.

전반적으로 광변색 렌즈는 편리함, 비용 효율성 및 자외선 차단 기능을 제공하므로 처방 안경과 선글라스를 한 쌍으로 원하는 사람들에게 인기 있는 선택 사항이다.

변색 렌즈의 색상의 종류와 기능

변색 렌즈(감광렌즈)는 렌즈 표면에 감광물질을 코팅시키거나, 렌즈 모노머(렌즈를 구성하는 주된 성분)와 배합하는 공정 등으로 제조되며 이때 혼합된 염료에 따라 착색 시에 다양한 색상을 선글라스처럼 표현할 수 있다. 감광성을 띤 할로겐화은의 결정에 자외선이 조사되면 할로겐화은 화합물 중에 할로겐 원소의 음이온 전하가 양성인 은이온에 옮겨지면서 할로겐화은이 중성으로 됨과 동시에 은 원자(Ag)와 할로겐 원자(X)가 생성된다. 생성된 은 원자(Ag)는 할로겐 원자의 종류에 따라 염소(Cl)와 같이 생성되면 회색(Gray)으로, 브롬(Br)과 요오드(I)와 같이 생성되면 갈색(Brown)으로 착색된다. 변색 랜즈(감광 렌즈)는 유리 및 플라스틱 렌즈, 중굴절 및 고굴절 렌즈, 누진(다초점) 렌즈 등 거의 모든 안경렌즈의 재질과 디자인에 적용 가능하며, 일반 안경 렌즈처럼 미러 코팅, 청색광(Blue light) 차단 코팅, 방수 코팅 등의 기능성 코팅을 추가적으로 입힐 수 있다. 렌즈의 변색에 걸리는 시간은 조건에 따라 다르지만 자외선 노출 후, 대략 1분 이내이며 탈색의 경우는 착색보다 긴 시간이 소요된다. 맑은 날씨의 겨울철 스키장에서는 자외선의 분포가 많고 기온이 낮아 감광렌즈는 빠르게 진한 농도로 변한다. 높은 산에 오를수록 자외선의 조사량이 많아서 진하게 변하지만 여름의 해변가에서는 기온이 높아 기대하는 만큼 진해지지 않는다. 결과적으로 착색과 퇴색의 농도 및 속도는 온도 및 습도, 빛의 세기, 자외선이 렌즈에 닿는 각도 등 외부 환경과 제품에 따른 기술력에도 영향을 받는다.

착용 시 유의사항

흐린 날의 경우에도 자외선은 구름을 투과하기 때문에 렌즈의 변색이 나타난다. 그러나 자동차 안에서 변색렌즈를 착용할 경우 자동차 유리(양산, 모자 등)가 대부분의 자외선을 차단하기 때문에 변색작용이 약하게 일어난다. 또한, 변색 렌즈의 착색농도는 자외선(량)이 많을수록, 저온, 저습의 환경일수록 더 짙어지며 투명으로 돌아가는데 시간이 좀 더 소요된다. 농도가 진한 상태에서 터널 안이나 실내 주차장 등 어두운 장소에 들어가면 빛의 양 부족으로 순간적으로 시력이 저하돼 위험할 수 있으므로 주의해야 한다.