[논문]학교 교실 LED 조명의 색온도에 대한 주관적 평가

지순덕; 김채복

doi:10.5207/jieie.2011.25.1.030

학교 교실 LED 조명의 색온도에 대한 주관적 평가
Subjective Evaluation on the Color Temperatures of LED illumination in the Classroom 원문보기

照明·電氣設備學會論文誌 = Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, v.25 no.1, 2011년, pp.30 - 41

지순덕 (경북 상주 화동중학교) , 김채복 (경북대학교 경영학부)

Abstract ▼ AI-Helper

This study performs the subjective evaluations of LED illumination conditions according to three types of color temperatures (7,000[K], 5,000[K], 3,000[K]) after employing LED illumination system in the classroom, Since the objective of this study is to develop an artificial lighting conditions like day light comfortable to students in the classroom, the learning effect based on three types of LED illumination conditions are analyzed. Three factors (learning intention, learning environment, learning motivation) are extracted by ANOVA and there are preference differences of LED illumination conditions between learning intention and learning environment factors. Especially, preference differences of LED illumination conditions are existed about calculation, reading and fatigue reduction. The test results of this study can be applied to obtaining high achievement of learning based on the lighting conditions.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 연구의 목적은 교실 조명으로 사용될 LED 조명 환경을 구축하기 위해서 색온도에 따라 반응하는 학생들의 특성을 분석하고 LED 조명의 색온도가 학생들의 학습 효과에 어떤 영향을 주는지를 규명하고자 한다.
이 연구에서는 감성 평가 대상자가 중학생이므로 SD법의 (Semantic differential method) 5단계 척도를 적용하였다. 이 연구는 LED 조명의 색온도가 학습 효과에 어떤 영향을 주는지를 알아보는 것이 목적이므로 요인의 이름을 학습과 관련하여 명명하였다.
이 연구는 교실 조명으로 색온도를 제어하는 LED 조명을 교실에 구축하였다. 이 색온도 제어 LED 조명이 학습 효과에 어떠한 영향을 미치는지를 알아보기 위해 교과목에 따라서 색온도를 달리하여 수업을 실시하였다.
이 연구는 학교 교실 조명으로 사용된 색온도 제어 가능한 LED 조명이 과목별 색온도에 따른 학생들의 학습 효과와의 관련성을 알아본 것으로 이 연구에서는 다음과 같은 단계별 실험을 하였다.
학교 조명은 학생들의 명확한 시환경을 제공하여 줌으로써 눈의 피로를 적게 하여 근시 예방과 집중력을 높여 학습 효과를 향상시키는데 목적이 있다. 또한 교사들에게는 수업하기 좋은 분위기에서 시환경을 넓게함으로써 교육 효과를 높일 수 있다.

제안 방법

1차 평가는 실험 조명 투여 4개월 후에 수업을 해 본 학생들의 주관적 평가를 실시하였다. 2차 평가는 1차 주관적 평가 결과를 토대로 선정된 문항 중에서 중복된 문항을 제외시킨 후 요인분석을 통하여 20개의 어휘쌍을 최종 선정하여 색온도별로 평가하였다.
1차 평가는 실험 조명 투여 4개월 후에 수업을 해 본 학생들의 주관적 평가를 실시하였다. 2차 평가는 1차 주관적 평가 결과를 토대로 선정된 문항 중에서 중복된 문항을 제외시킨 후 요인분석을 통하여 20개의 어휘쌍을 최종 선정하여 색온도별로 평가하였다.
3) ‘학습환경’ 요인에서는 부드럽다, 편안하다, 눈부심이 없다, 분위기가 은은하다, 기분을 좋게 만든다, 스트레스가 해소되는 조명으로 색온도가 5,000[K]인 L2 조명을 높게 평가하였다.
L1(7,000[K]), L2(5,000[K]), L3(3,000[K])을 가지고 색온도에 따른 학업 효과 분석을 실시하였다. 학습의욕, 학습환경, 학습동기의 3개의 요인으로 분류가 되었으며, 요인별로 분류하여 ANOVA 분석하였으며 집단 간 평균의 차이가 존재하므로 Scheffe의 사후검증을 실시하였다.
이 연구에서는 1차 주관적 평가를 위한 어휘 선정을 조명마다 각각 다르게 선정하였다. 기존연구에서 사용된 평가 항목[11]과 학생들이 조명에 대하여 어떻게 느끼는지를 알아보기 위해서 조명의 색온도를 묻는 예비실험을 통해 학습 효과 분석과 관련이 있는 학습환경 6항목, 학습 의욕 6항목, 학습동기 5항목으로 선정하였으며 선정된 어휘 수는 표 2와 같다.
색온도별 LED 조명에 따른 주관적 평가 20개 항목의 평균 SD 득점을 가지고 프로필 분석을 하였으며 프로필도는 그림 3과 같다.
이 연구에서의 독립 변수는 색온도이며 종속변수는 평가 점수이다. 신뢰도 분석과 요인분석을 통한 타당성 검증을 한 후 조명에 따른 주관적 평가에 대한 분석을 수행하였다.
색온도가 높은 조명 순으로 L1, L2, L3 조명으로 명명하였다. 실험에 투여한 조명의 광학적 특성은 한국광기술원의 장비 [OL770 LED (OPTRONIC)]로 측정하였다. 색좌표, 색온도 및 연색지수의 측정 결과는 표 1과 같으며 조명별 광 스펙트럼은 그림 2와 같다.
이 연구는 교실 조명으로 색온도를 제어하는 LED 조명을 교실에 구축하였다. 이 색온도 제어 LED 조명이 학습 효과에 어떠한 영향을 미치는지를 알아보기 위해 교과목에 따라서 색온도를 달리하여 수업을 실시하였다. 이 수업에 참여한 학생들이 색온도별 주관적 평가를 5점 척도 SD 법으로 평가를 실시하였으며 그 결과는 다음과 같다.
0을 이용하여 분석하였다. 이 연구에서의 독립 변수는 색온도이며 종속변수는 평가 점수이다. 신뢰도 분석과 요인분석을 통한 타당성 검증을 한 후 조명에 따른 주관적 평가에 대한 분석을 수행하였다.

대상 데이터

2차 주관적 평가를 위한 어휘 선정은 1차 평가를 토대로 평가 조명별로 평가 점수가 높은 어휘쌍 5개와 상대적으로 평가 점수가 낮은 어휘쌍 5개를 선정하였다. 선정된 평가 어휘쌍 중에서 중복되는 어휘쌍을 제외시키고 총 20개의 평가 어휘쌍을 선정하였다.
기존 연구 내용을 바탕으로 집중이 필요한 과목(수학, 과학)에서는 색온도 높은 7,000[K] 조명을 투여하였다. 심리적으로 안정감이 필요한 과목(국어, 영어)에서는 5,000[K] 조명을 투여하였다.
2차 주관적 평가를 위한 어휘 선정은 1차 평가를 토대로 평가 조명별로 평가 점수가 높은 어휘쌍 5개와 상대적으로 평가 점수가 낮은 어휘쌍 5개를 선정하였다. 선정된 평가 어휘쌍 중에서 중복되는 어휘쌍을 제외시키고 총 20개의 평가 어휘쌍을 선정하였다.
이 연구에서는 실험 조명을 연구의 특성상 소규모 농촌학교인 H중학교 1개 교실에 색온도 제어가 가능한 LED 조명을 설치하였다. 실험 대상자는 설치한 학반으로 목적 표집하였으며 남학생 4명, 여학생 14명을 선정하였다. 본 실험의 신뢰성을 높이기 위해서는 남자의 인원이 더 확보되어야 하지만 소규모 농촌학교의 특성상의 이유로 그 대상이 제한되었다.
실험용 조명으로는 L사 제품의 XL-IS60을 사용하였다. 색온도가 높은 조명 순으로 L1, L2, L3 조명으로 명명하였다.
색좌표, 색온도 및 연색지수의 측정 결과는 표 1과 같으며 조명별 광 스펙트럼은 그림 2와 같다. 실험할 때 교실 책상면의 조도는 조도계 [T-10(Konica Minolta Sensing, Inc.)]를 사용하여 측정하였다.
기존 연구 내용을 바탕으로 집중이 필요한 과목(수학, 과학)에서는 색온도 높은 7,000[K] 조명을 투여하였다. 심리적으로 안정감이 필요한 과목(국어, 영어)에서는 5,000[K] 조명을 투여하였다. 창의성이 필요한 과목(음악, 미술)에서는 색온도가 낮은 3,000[K]의 조명을 투여하여 수업을 하였다[12]
이 연구에서는 실험 조명을 연구의 특성상 소규모 농촌학교인 H중학교 1개 교실에 색온도 제어가 가능한 LED 조명을 설치하였다. 실험 대상자는 설치한 학반으로 목적 표집하였으며 남학생 4명, 여학생 14명을 선정하였다.
이 요인에서는 피로감이 없는 조명으로 색온도가 낮은 3,000[K]인 L3 조명을 높게 평가하였다. 정신적 피로감이 적은 조명으로 색온도가 5,000[K]인 L2 조명을 높게 평가하였다.
제 1요인은 학습의욕 영역 9개와 학습환경 영역 3개로 선정되었다. 이에 1요인을 ‘학습의욕’으로 명명하였다.
평가하는 시간은 집중도가 떨어지지 않는 오전 시간을 활용하였으며 2교시인 오전 10시에서 11시에 실험을 실시하였다. 사전에 학생들에게 실험 방법과 절차 등에 대하여 충분한 설명을 제시하였다.

데이터처리

측정항목 간의 내적일관성을 검증하기 위해 Cronbach's α 분석을 통해 신뢰도를 검증하였다.
L1(7,000[K]), L2(5,000[K]), L3(3,000[K])을 가지고 색온도에 따른 학업 효과 분석을 실시하였다. 학습의욕, 학습환경, 학습동기의 3개의 요인으로 분류가 되었으며, 요인별로 분류하여 ANOVA 분석하였으며 집단 간 평균의 차이가 존재하므로 Scheffe의 사후검증을 실시하였다.

이론/모형

이 연구에서는 감성 평가 대상자가 중학생이므로 SD법의 (Semantic differential method) 5단계 척도를 적용하였다. 이 연구는 LED 조명의 색온도가 학습 효과에 어떤 영향을 주는지를 알아보는 것이 목적이므로 요인의 이름을 학습과 관련하여 명명하였다.

성능/효과

1) 평가 결과 ‘학습의욕’ 요인, ‘학습환경’ 요인, ‘학습동기’ 요인으로 추출되었다.
2) ‘학습의욕’ 요인에서는 쾌적하다, 상쾌하다, 선명하다, 정리된 느낌이다, 문자가 뚜렷하다, 주의집중이 잘된다, 머리가 맑아진다, 수 계산이 잘되는 조명으로 색온도가 높은 7,000[K]의 L1조명을 높게 평가하였다.
20개의 항목을 중심으로 분석한 결과 6개의 항목인 ‘머리가 맑아진다-아파진다’, ‘기분을 좋게 만든다-나쁘게 한다’, ‘스트레스가 해소된다-쌓인다’, ‘피로감이 없다-있다’, ‘정신적 피로감이 적다-많다’, ‘졸리지 않다-졸립다’ 항목에서 색온도별 조명 간의 감성 평가 차이가 없는 것으로 나타났다.
학습의욕 요인 11개 항목에서는 2개의 조명을 선호하는 것으로 나타났다. 8개 항목에서 L1 조명을 높게 평가하였으며, 3개 항목에서는 L2 조명을 높은 평가를 한 것으로 나타났다.
개인적으로 선호하는 조명을 조사 한 결과는 14명 학생이 색온도가 5,000[K]의 L2 조명을 좋아하는 것으로 나타났다. 실험대상자 남학생이 적어서 남학생에 대한 선호를 충분히 조사할 수 없었던 것이 아쉽다.
이 연구에서는 검증 결과 Cronbach's α 계수가 0.942로 높은 신뢰도를 나타내었다.
4) ‘학습동기’ 요인에서는 피로감이 없는 조명으로 색온도가 낮은 3,000[K]인 L3 조명을 높게 평가하였다. 정신적 피로감이 적은 조명으로 색온도가 5,000[K] 인 L2 조명을 높게 평가하였으며 졸리지 않은 조명으로는 색온도가 높은 7,000[K]의 조명을 높게 평가하였다.

후속연구

따라서 앞으로 교실 조명으로 구축될 LED 조명 환경을 체계적으로 분석하고 규명하는 연구가 필요하다.
이상의 결과에서 실험대상자 수가 적어 연구 결과의 신뢰도에 문제가 있으나, LED 조명에 대한 전체적인 경향을 파악하는 것에는 무리가 없다고 사료된다. 또한 남학생의 수가 적은 것과 LED 조명의 연색 지수가 다소 뒤떨어지는 조명으로 실험을 한 바 연색 지수가 높은 조명이 개발된다면 연색 지수 평가에 대한 연구가 지속적으로 필요하다.
이상의 결과에서 실험대상자 수가 적어 연구 결과의 신뢰도에 문제가 있으나, LED 조명에 대한 전체적인 경향을 파악하는 것에는 무리가 없다고 사료된다. 또한 남학생의 수가 적은 것과 LED 조명의 연색 지수가 다소 뒤떨어지는 조명으로 실험을 한 바 연색 지수가 높은 조명이 개발된다면 연색 지수 평가에 대한 연구가 지속적으로 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	LED 조명의 장점은?	최근 LED(light emitting diode)의 기술이 발전하면서 실내조명에는 물론 옥외 간판 설치에 이르기까지 폭넓게 사용되고 있다. LED 조명의 경우 기존의 형광등과는 달리 RGB(red, green, blue) LED를 각각 제어하고 변화의 방법을 제어하기가 손쉬워 다양한 연출이 가능하다. 뿐만 아니라 LED는 최고 90[%]의 광전환 효율과 최대 10만 시간에 이르는 수명으로 친환경적인 차세대 조명으로써 각광받고 있다[1]
	색온도가 높아지면 광원은 어떤 색을 띠는가?	광원의 광색에는 고유의 색이 있는데 그 광색을 색온도(color temperature)로 표시한다. 색온도가 낮으면 붉은 색을 띠고 따스함을 느끼는 빛으로 되고 색온도가 높아짐에 따라 낮의 태양광과 같은 흰 빛을 띠게 되고 더욱 높아지면 푸른색을 띠게 된다[6].
	조명에 따라 사람 눈의 감각 기능은 어떻게 작동하는가?	사람의 눈은 감각 기능이 다른 두 가지 기본 감각 수용기인 간상체와 원추체로 되어 있다. 조명 수준이 높으면 간상체와 원추체가 모두 기능을 하며 눈은 파장이 550[㎚] 부근인 빛에 가장 민감하다. 그러나 조명 수준이 떨어지면 원추체의 기능이 멈추고 간상체가 보는 일을 맡으며 눈은 500[㎚] 부근의 파장에 가장 민감하게 된다. 이처럼 명소시에서 암소시로의 감도 변이를 퍼킨제(Purkinje) 효과라고 한다[4].

참고문헌 (13)

석현정 . 김곡미, LED 조명 색온도에 따른 시간 인지에 대한 연구, 한국감성과학회지, pp. 69-78, Vol.13(1), 2010.
윤혜림, 조명의 조도 및 색온도 제어에 의한 실내 두 공간의 공간감 변화, 한국실내디자인학회논문집, pp. 83-89, Vol.33(1), 2002.
최경호 외 2인, 조명의 이해와 설계, 태양문화사, 2005.
Sanders, M. S. & McCormick, E.J, Human Factors in
지순덕 외 4명, 백색 LED 조명의 색온도에 관한 감성평가, 한국조명.설비학회, pp. 1-12, Vol.22, 2008.
정타관, 조명 원리와 응용, 북스힐, 2005.
정우성 외 3인, 색채 조명 자극이 인지기능에 미치는 영향에 관한 연구, 한국정밀공학회지, pp. 131-136, Vol. 24(10), 2007.

원문보기 상세보기
이진숙 외 2인, 조명광원색이 실내공간에 미치는 영향 평가, 한국색채학회, pp. 21-26, Vol. 9, 1997.
지순덕 외 3인, LED 기반 백색 조명의 색온도 및 연색지수에 따른 감성 평가, 한국감성과학회지, pp. 353-366, Vol.9(4), 2006.

원문보기 상세보기
지철근, 조명원론, 문운당, 2004.
김종무.김성훈, 이미지에서 조명의 채광 위치에 따른 감성 어휘 선호도 연구, 한국디자인문화학회, pp. 61-71, Vol. 15(1), 2009.
백승헌 외 3인, LED광원의 상관 색온도에 따른 작업면의 선호도 조사, 추계 학술발표대회 논문집, Vol 8(2), 2008.
Nunnally, J. C., Psychometric Theory, Second Edition,

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용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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