1 정의
루멘(lumen)은 광선속을 나타내는 SI 단위다. 여기서 광선속은, 쉽게 말해, "광원이 내보내는 빛의 양" 정도라 할 수 있다. lumen은 라틴어로 빛이라는 뜻이다. 기호로는 lm을 쓴다.
루멘은 빛의 에너지가 아니라 인간의 눈에 실제로 보이는 밝기를 대상으로 한다. 그러므로 눈에 잘 안 보이는 자외선, 적외선 근처의 빛은 에너지 강도에 비해 루멘 값이 낮게 나오고, 눈이 가장 잘 반응하는 녹색 빛은 에너지 강도에 비해 루멘 값이 높다.
루멘의 정의는 또다른 SI 단위인 칸델라(cd)과 관련이 있다. 즉
- 1 lm = 1 cd·sr (sr 은 스테라디안. 일종의 입체 각도)
관찰자 주위 전방과 같은 공 모양은 4π의 입체각에 해당하므로, 1 칸델라의 촛불이 사방으로 빛을 비출 경우 (촛몸은 투명하다고 가정) 광선속은 1 cd * 4π 루멘이 된다.
2 다른 단위와의 관계
루멘으로부터 유도되는 단위로 럭스가 있다. 럭스는 조도의 단위로서, 단위 면적 당의 루멘이다. 즉
- lux = lumen / m2
쉽게 말해 단위 면적에 비춰지는 빛의 양이라 할 수 있다.
칸델라, 루멘, 럭스 모두 빛과 관련된 단위라 헷갈릴 수 있다. 서로 다른 단위인데, 정리하자면,
- 칸델라 : 단위 입체각도(1 스테라디안) 당 빛의 세기.
- 루멘 : {주어진 광원의 칸델라 값} * {구면에서, 빛이 새어나갈 수 있도록 트여 있는 구간만큼의 입체각도. 전구의 경우, 해당 전구의 조사각(照射角)을 의미한다}
- 럭스 : 면적 당 루멘
예로써 비교하자면, 불이 켜진 전구가 있을 때,
- 전구 반쪽면을 빛이 통과 못하도록 검게 칠하면 루멘은 반으로 줄지만, (빛이 비치는 쪽의) 칸델라는 그대로다.
- 전구에서 멀어질수록 럭스는 줄어들지만 루멘은 그대로. 물론 칸델라도 그대로.
3 안시 루멘 (ANSI lumen)
아류작(?)으로 안시 루멘 (ANSI lumen) 이라고 있다. 정식 단위는 아니고, 마케팅적인 표현. 빔 프로젝터 등에서 밝기를 나타내는 용어다. 밝기 자체로는 표준적인 루멘과 다를 것이 없다. 그런데 왜 굳이 "안시(ANSI)"라는 단어를 붙였느냐 하면...
미국 표준 협회(American National Standards Institute, ANSI)라는 곳이 있다. 기술 관련한 이것 저것에 대해 표준을 세우는 곳인데, 빔 프로젝터의 밝기를 측정하는 절차에도 역시 기준을 세워놨다. 예를 들어 측정실의 온도는 몇 도로 맞출 것이며, 영역은 몇등분해서 측정해야 하며... 등등을 정해 놓은 것이다. 그 기준대로 측정하지 않아도 누가 잡아가는것은 아니지만, 이 절차대로 하면 좀더 정확하게 측정될 수 있어서 업계에서는 많이 따르고 있다. 그리고 이러한 절차로 나온 밝기 값(당연히 루멘 값) 에 "안시 루멘"이라 덧붙여서 안시 기준을 따라 측정했음을 강조하는 것이다.
흔히들 뒤의 루멘을 떼어 버리고 그냥 "안시" 라고도 하는데, 틀린 용법. 안시만 쓰면 그냥 미 표준협회란 뜻이 된다. 차라리 앞의 안시를 떼고 루멘이라고만 쓰는 것이 맞는 용법이다. 진지하게, 이 항목 보기 전까진 ANSI가 아니라 "천체 안시관측" 어쩌고 할 때 그 안시(眼視)인 줄 알았다!
4 기타
EU 에서는 전구 등의 조명 기구의 밝기를 와트가 아닌 루멘 단위로 표기하도록 2010년부터 법제화했다. 우리나라에서는 전구나 형광등의 소모 전력량(와트)만 표기하고 정작 밝기(루멘)는 표기하지 않아 실제로 얼마나 밝은지는 전구 간에 비교하기 어렵다. 다만 값이 비싼 LED 전구에서는 루멘도 같이 표기되는 추세.
사실 밝기만 표기되어서는 조명 기구가 얼마나 효율적인지는 직감하기 어렵다. 본격적으로 에너지 효율을 따지자면 발광효율(luminous efficacy)이란 기준을 쓴다. 투입된 기준 에너지에 대해 내보내는 빛의 양을 나타내는 것이다. 단위는 lumen/watt. 그리고 발광 효율의 최대값이라 생각되는 683 lm/W에 대한 비율(luminous efficiency)로 효율을 표기하기도 한다. 즉 광원의 발광 효율을 683 lm/W로 나눈 값을 표시하는 것이며, 흔히 %로 표시된다. 발광효율이 나쁜 조명기구는 밝지도 않으면서 에너지만 처묵처묵한다. 촛불이 효율면에서 바닥권으로 0.04% 정도 밖에 안된다. 백열전구도 효율이 나빠서 2% 정도에 머문다. 최상위권은 아무래도 LED... 인데, 의외로 형광등과 별 차이가 안난다. LED 특정 제품에서 이룬 최고 수치가 22.69%로서[1], 형광등의 최고치 11.45%와 크게 차이난다. LED는 지속적인 발전을 통해 현재 조명용으로 나오는 제품은 Color Rendering Index 가 80을 넘어가는게 상당하며 효율도 대단히 높아졌다. 예전엔 200 lm/W까지도 나오는 고압 나트륨등이 가장 좋아서 예전엔 터널, 도로등의 가로등으로서 사용되었으나, 주황빛에 가까운 노란 단색광만 나오다 보니 현재는 LED조명이나 메탈할라이드 등으로 사용하거나 교체하고 있는 추세이다, 현재는 서울반도체에서 210 lm/W(30.74%) 나 되는 무시무시한 제품을 양산중이다.
대표적인 조명기구들의 광선속(Luminous flux) 은 다음과 같다. 괄호안에는 효율 (lm/W)
- 60 W 백열전구 - 870 lm
- 100 W 백열전구 - 1750 lm
- 25 W 콤팩트 형광등 - 1275 lm (55 lm /W)
- 40 W 형광등 - 2800 lm
- 촛불 - 13 lm
- 석유조명등 - 100 lm
- 소형 LED 플래시 라이트 60-100 lm
- 1W 백색 LED - ~180 lm[2]
- 127 W 저압 나트륨등 - 25,000 lm
- 400 W 메탈할라이드등 - 40,000 lm