1. 서 론
1.1. 연구 배경
1.2. 연구 목적
2. 연구 범위 및 연구 방법
3. 연구결과 – 정량 분석
3.1. 국가 별 특허 출원 동향
3.2. 기술 별 특허 출원 동향
3.3. 기술 별 국가 및 출원인 현황
4. 연구결과 – 주요 특허 분석
4.1. 멜라토닌 광원 기술
4.2. 조명 장치 기술
5. 결 론
1. 서 론
1.1. 연구 배경
인간은 자연환경에서 태양의 일출부터 일몰까지의 빛 변화에 깊이 적응하며 살아왔으나, 최근 도시화 및 실내 활동의 증가로 인해 인공조명이 인간의 생체리듬에 미치는 영향이 점차 커지고 있다(Wright et al., 2013; Moon, Lee, & Kim, 2014). 특히 야간에 인공조명 내 청색광(blue light, 440–490 nm대역)이 포함된 조명이 지속적으로 노출될 경우, 멜라토닌 분비가 억제되어 수면의 질 저하(Silvani, Werder, & Perret, 2022), 활동성 향상 상태의 변화(Mu et al., 2022), 생리적·심리적 건강에 부정적 영향을 미친다는 연구(Jiménez, Neira Arenas, Hernández Rincón, García Céspedes, & Jaimes Peñuela, 2025)가 보고되고 있다.
이러한 배경으로 인해 조명은 단순히 인간의 시각적 기능을 넘어 인간의 생체리듬과 건강을 고려한 인간중심조명(Human Centric Lighting, HCL)으로 발전하고 있다(Houser & Esposito, 2021). 인간중심조명(HCL)은 시간, 공간 및 사용자의 활동 목적에 따라 빛의 스펙트럼과 강도를 조절함으로써 멜라토닌 분비 및 활동성 향상을 최적화하는 것을 목표로 한다. 특히 교대 근무자, 장기간 실내 생활자, 학습 및 집중이 필요한 환경에서 멜라토닌 조절 기능을 갖춘 조명기술은 수면의 질 개선(Varma & Rahman, 2024), 작업 효율성 향상(Benedetti, Maierová, Cajochen, Scartezzini, Münch, 2022) 및 심리적 안정에 기여(Blume, Garbazza, & Spitschan, 2019)할 수 있다는 점에서 중요한 연구 주제로 부상하고 있다.
그러나 인간중심조명(HCL)에 대한 연구는 점차 늘어나고 있음에도 불구하고, 실제 산업적 적용 단계에서는 여전히 초기 단계에 머물러 있다. 특히 멜라토닌 조절을 목적으로 하는 조명기술은 LED 광원 제어, 스마트 제어 시스템 등 다양한 기술과 융합되어 개발(Samsung Electronics, 2023)되고 있으나 멜라토닌의 생리적 기능과 조명 노출에 따른 반응에 대한 연구는 다양한 분야에서 이루어지고 있으나, 이러한 연구성과가 실제 조명기술로 구현되는 과정을 파악하기 위한 특허 기반의 체계적 기술동향 분석은 매우 부족한 실정이다. 따라서 멜라토닌 조절 기능을 갖는 인간중심조명(HCL) 기술의 개발 현황, 기술 경쟁구조, 국가별 연구 집중 영역을 파악하기 위해서는 멜라토닌 관련 특허에 대한 분석이 필수적이다. 조명 산업은 에너지 효율성 중심에서 건강과 복지 중심으로 패러다임의 전환이 이루어지고 있다(Safranek, Collier, Wilkerson, & Davis, 2020). 이에 따라 멜라토닌 조절 기술은 향후 헬스케어, 스마트홈, 산업안전 등 다양한 분야에 걸쳐 응용 가능성이 높다. 따라서 특허 분석을 통해 해당 기술의 연구개발 흐름을 체계적으로 살펴보는 것은 기술 경쟁력 확보와 산업적 활용 전략 수립을 위해 필수적이다(Rijn & Timmis, 2023; Mejia & Kajikawa, 2025).
1.2. 연구 목적
특허 문서에서 제공하는 내용은 해당 기술에 대한 다양한 기술정보를 포함하고 있다. 특허 정보 분석을 통하여 기술의 발전 과정 및 관련 주요 출원인에 대한 정보도 파악할 수 있다(Lee & Park, 2024). 이를 통하여 공백기술 도출을 통해 새로운 사업 기회를 발굴하거나 미래 기술을 선점할 수 있고, 주요 특허의 분석을 통해 특허 분쟁의 위험을 사전에 예방할 수 있다(Lee, Kim, Song, Park, & Shin, 2014; Yang, Cao, Peng, Zhang, & He, 2022).
이에 본 연구의 목적은 멜라토닌 조절 광원 및 조명기술의 특허 동향을 체계적으로 분석함으로써, 해당 기술의 발전 현황을 파악하고, 미래 연구 및 산업 전략 수립에 기여하고자 한다. 이를 달성하기 위한 세부 목적은 다음과 같다.
- 멜라토닌 조절 광원 및 조명기술의 특허출원 동향을 통한 기술 발전 현황 파악
- 멜라토닌 분비, 억제, 억제 완화 및 제어기술로 세분화하여 각 기술의 연구개발 현황 분석
- 국가 별 특허 출원 동향 비교 분석 및 주요 출원인(기업 및 연구기관)의 연구개발 방향 파악
- 멜라토닌 조명기술이 적용되는 구체적 응용 분야 특허 분석을 통하여 산업적 활용 가능성 제시
2. 연구 범위 및 연구 방법
본 연구의 특허 분석을 위해 특허 데이터베이스 윕스온(www.wipson.com)을 활용하여 특허를 검색하였다. 검색 대상 국가는 한국, 미국, 일본, 유럽 중국의 5개국이며, 2000년 1월 1일부터 2025년 7월 31일까지 공개되었거나 등록된 특허를 포함하였다. 검색 범위는 특허 문서의 제목, 요약 및 전체 청구항(독립항 및 종속항)으로 한정하였다. 특허 검색식을 작성하기 위한 키워드는 한국어, 일본어, 중국어를 조합하였으며, ‘조명’ 및 이에 해당하는 IPC(International Patent Classification) 분류인 ‘F21’에 ‘멜라토닌’ 키워드를 AND 조건으로 결합하였고, 이에 ‘((조명* OR light* OR 照明*) OR (F21*).IPC.) AND (멜라토닌* OR melatonin* OR メラトニン* OR 褪黑素*)’로 특허 검색식을 작성하였다. Table 1과 같이 전체 1,133의 특허가 검색되었다.
총 1,133의 특허를 검색한 후, Table 2의 노이즈 제거 기준에 따라 유효 특허를 추출하였다. 1단계에서는 멜라토닌과 전혀 관련이 없거나 멜라토닌을 복용 또는 신체에 직접 주입하는 특허를 제외하였다. 2단계에서는 멜라토닌을 사람 이외의 가축이나 식물에 적용한 특허, 그리고 조명 시스템이 아닌 안경이나 마스크와 같은 장치를 이용하여 멜라토닌을 조절하는 특허를 제외하였다. 3단계에서는 조명 장치가 아닌 TV나 모바일 디스플레이에 적용된 멜라토닌 조절 관련 특허를 제외하였다. 이러한 과정을 거쳐 최종적으로 1,133건의 특허 모집단(raw data) 중에서 총 283건의 유효 특허(valid patents)를 도출하였다.
Table 2.
Noise Removal Criteria for Extracting Valid Patents
총 283건의 유효 특허는 크게 광원(light source)과 조명 장치(lighting device)로 구분하였다. 또한, 광원 및 조명 장치의 목적에 따라 멜라토닌 분비(promotion), 억제(suppression), 억제 완화(melatonin suppression mitigation), 제어(control)의 4가지 기술 범주로 분류하였다.
3. 연구결과 – 정량 분석
3.1. 국가 별 특허 출원 동향
멜라토닌 조절 광원 및 조명기술의 연도별 국가별 특허출원 동향을 분석하였다. Figure 1과 같이 2001년부터 2025년까지 총 283건의 유효 특허가 확인되었으며, 연도별 출원 추이는 2010년대 중반 이후 증가세를 보였다. 특히 2014년(25건), 2019년(20건), 2020년(23건), 2021년(20건)에 출원이 집중되어, 이 시기를 중심으로 관련 연구개발이 활발히 이루어졌음을 알 수 있다. 국가별로는 중국(CN)이 98건(34.5%)으로 가장 높은 비중을 차지하였으며, 미국(US) 73건(25.7%), 일본(JP) 66건(23.2%), 유럽(EP) 24건(8.57%), 한국(KR) 22건(7.7%) 순으로 나타났다. 이에 중국, 미국, 일본이 전체 특허의 83% 이상을 점유하며 멜라토닌 조절 광원 및 조명기술 분야의 연구개발을 주도하고 있다. 특히 중국은 2014년 이후 출원 건수가 급격히 증가하여 2020년에 정점을 기록하였다.
3.2. 기술 별 특허 출원 동향
멜라토닌 조절 조명기술 특허를 광원(light source) 및 조명 장치(lighting device)로 구분하였고, 기술 목적에 따라 멜라토닌 억제(melatonin suppression), 억제 완화(melatonin suppression mitigation), 분비(melatonin promotion) 및 제어(melatonin control)의 네 가지로 분류하여 Figure 2와 같이 연도별 출원 동향을 분석하였다. 기술 목적별 비중을 살펴보면, 멜라토닌 억제 완화와 멜라토닌 제어에 관련된 기술이 각각 85건(29.9%)으로 가장 높은 비중을 차지하였고, 멜라토닌 억제가 81건(28.5%), 멜라토닌 분비가 32건(11.3%)로 나타났다. 이러한 결과는 기존 멜라토닌 억제 중심의 연구에서 생체리듬 교란을 최소화하고 멜라토닌 분비를 적정 수준으로 조절하려는 방향으로 기술 개발이 진화되고 있음을 보여준다.
또한 기술 유형별로는 조명장치 관련 특허가 꾸준히 높은 출원 비율을 유지하며, 조명의 상용화 및 응용 중심의 연구가 활발하게 진행된 것으로 보인다. 반면 광원 관련 기술은 특정 시기(2014년, 2020년)에 집중되어 있으며, 이는 LED 및 스마트 조명기술의 발전과 함께 멜라토닌 조절 기능이 내장된 광원 기술의 출현과 연관된 것으로 보인다. 종합적으로 볼 때, 멜라토닌 조절 기술은 단순히 수면유도 또는 활동성 향상 억제에 국한되지 않고, 멜라토닌의 생리적 리듬을 정밀하게 제어하는 방향으로 발전하고 있는 것으로 판단된다.
3.3. 기술 별 국가 및 출원인 현황
Table 3은 멜라토닌 조절 조명기술을 세부 기술 유형별로 구분하여 국가별 특허 출원 현황을 나타낸 것이다. 분석 결과, 멜라토닌 조절 광원 기술의 경우 중국이 32건으로 가장 많았으며, 이어 일본(25건), 미국(26건), 한국(9건), 및 유럽(9건)순으로 나타났다. 조명 장치 기술은 중국(66건)과 미국(47건)의 비중이 높아, 미국과 중국의 기술 경쟁이 활발히 이루어짐을 알 수 있다.
Table 3.
Patent Applications by Technology and Country
기술 목적별로 살펴보면 멜라토닌 억제 관련 특허는 중국(38건)이 가장 많았으며, 멜라토닌 억제 완화 기술은 미국(32건), 일본(23건), 중국(21건)이 높은 비중을 차지하였다. 반면 멜라토닌 분비 기술은 다른 기술에 비해 상대적으로 적은 편으로 미국(24건), 일본(23건), 중국(21건) 순으로 나타났으며, 멜라토닌 제어 기술은 중국(18건)으로 가장 많은 것으로 확인되었다.
미국과 일본은 조명장치 중심의 응용기술 개발에 집중하고 있으며, 중국은 멜라토닌 생리 조절과 관련된 기능적 연구를 포함하는 광원과 제어 기술을 동시에 강화하는 양상을 보였다. 반면, 한국과 중국은 상대적으로 출원 건수가 적은 것으로 조사되었다.
Table 4는 멜라토닌 조절 조명기술중 광원 및 조명장치 분야의 상위 10개 주요 출원인을 나타낸 것이다. 분석 결과, 두 분야 모두 일본의 Panasonic이 각각 17건과 19건으로 가장 많은 특허를 보유하고 있어, 멜라토닌 조절 조명기술개발을 선도하고 있는 것으로 나타났다. 광원 분야에서는 일본의 Nichia(9건)와 네덜란드의 Philips(8건), 미국의 Ecosense Lighting(7건) 및 Soraa(7건)가 뒤를 이었으며, 중국의 Guixi Qingliang Lighting(5건)과 미국의 Ideal Industrial Lighting(4건) 또한 활발한 연구개발 활동을 보였다. 한국에서는 Seoul Semiconductor(3건)가 상위권에 포함되어 있었다.
Table 4.
Major Applicants by Technological Field
조명장치 분야에서는 Panasonic이 19건으로 가장 많은 출원을 보였으며, Biological Illumination(15건), Toshiba (10건), Sharp(9건), Signify(9건)이 그 뒤를 이었다. 또한 Ideal Industrial Lighting(8건), Circadian ZircLight(6건), Kookmin University(5건), Brown University 및 Tsinghua University(각 3건)이 상위건에 포함되었다.
이러한 결과는 멜라토닌 조절 조명기술이 일본과 미국을 중심으로 산업적 경쟁이 치열하게 전개되고 있음을 보여준다. 특히 Panasonic은 광원과 조명장치 두 분야 모두에서 우위를 점하며 기술 포트폴리오를 확장하고 있으며, 한국과 중국은 대학 중심의 연구개발 활동이 확인되어, 산업적 응용보다 기초 및 실험적 연구 단계에 머물러 있는 것으로 해석된다. 결국, 멜라토닌 조절 조명기술의 주요 출원인은 일본·미국·유럽의 글로벌 조명기업이 주도함을 알 수 있었다.
4. 연구결과 – 주요 특허 분석
멜라토닌 광원은 상위 출원인인 Panasonic, Nichia 및 Philips의 주요 특허의 청구항을 중심으로 분석하였고, 멜라토닌 조명은 억제, 감소, 분비 및 제어 기술이 어떠한 분야에 사용되고 있는지 분석하였다.
4.1. 멜라토닌 광원 기술
4.1.1 Panasonic
Panasonic은 멜라토닌 조절 광원과 관련하여 총 17건을 출원하였다. JP 2013-257473은 멜라토닌 분비 억제 효과를 높이는 광원에 관한 특허로써, 주요 구성요소는 발광부와 파장 변환부로 이루어져 있다. 발광부는 제1 발광소자(파장 430–470 nm, blue LED)와 제2 발광소자(파장 480–510 nm, blue-green LED)로 구성되어 있다. 파장 변환부는 발광부에서 방사된 광의 일부를 변환하여 다른 파장의 빛을 내는 파장 재료를 포함하고 있으며, 황색 형광체는 530–600 nm, 적색 형광체는 600–670 nm 파장으로 변환한다. 이를 통해 상관색온도(CCT) 5700–7100 K의 색온도 범위에서 멜라토닌 억제 및 연색성 향상을 동시에 달성하였다.
JP 2012-109389는 멜라토닌 억제 작용을 감소하는 특허로, 주요 구성요소는 청색 LED(파장 440–480 nm) 녹색 LED(505 nm 이상), 적색 LED(610–650 nm)으로 구성되어 있다. 이를 통해 청색광에 편향된 광원의 스펙트럼 분포를 개선하였다.
4.1.2 Nichia
Nichia는 총 9건의 멜라토닌 조절 광원 기술을 출원하였다. JP 2017-188523은 발광소자(발광피크 440–470 nm), 제1 형광체(480–520 nm, 청록색, Aluminates 류), 제2 형광체(520–600 nm, 녹황색, Garnet 류) 및 제3 형광체(600–670 nm, 적색, Nitride류)의 형광부재 및 상관색온도(CCT) 2700–7200 K 범위에 적용되었다. 이를 통해 청색광을 동시에 완화하였다.
JP 2024-074607은 400–490 nm 피크의 발광소자와 570–680 nm 피크의 형광체와 상관색온도(CCT) 1950K 이상, 멜라노픽비(Melanopic Ratio) ≤ 0.233로 제한된다. 이를 통해 단파장(청색)을 억제하고 스펙트럼 분포를 줄이고 장파장(적색)을 강화하여 멜라토닌 분비 촉진이 가능한 광원 장치를 구현하였다.
4.1.3 Philips
Nichia는 멜라토닌 광원 기술을 8건 출원하였다. US 10/129,696은 인간의 활동성 향상도를 제어하기 위한 광원에 관한 특허로, 멜라토닌 분비를 억제하기 위하여 멜라토닌 억제 성분광(melatonin-suppressive radiation) 비율을 0.45 이상으로 유지하며, 활동성 향상을 강화(작업 및 교대근무)하기 위하여 6500 K 이상의 상관색온도(CCT)와 고휘도 조명을 방출한다. 반면, 멜라토닌 분비(수면, 병실용)를 유도하기 위해 suppressive radiation은 0.2–0.1이하로 낮추어 설정한다. 즉 멜라토닌 억제 성분광을 0.45 이상 또는 0.2 이하로 동적 전환하여 멜라토닌을 제어하는 기술이다.
US 15/028143은 단파장(460 nm 부근)을 줄여 멜라토닌 억제를 최소화하였으며, 광원을 430–445 nm 중심으로 설계하여 시각적 밝기를 유지하면서 멜라토닌 억제를 최소화하고, 동시에 연성색을 향상시켰다.
4.2. 조명 장치 기술
4.2.1 멜라토닌 억제 조명 장치
멜라토닌 억제 조명기술의 특허는 총 39건으로 주로 생체리듬을 조절하는 멜라토닌 분비를 억제함으로써, 인간의 활동성 향상과 집중을 돕는 다양한 분야에 활용되고 있다. 우선 취침 후 기상 시간에 맞추어 청색광 중심의 조명을 사용하여 멜라토닌 분비를 억제하여 활동성 향상을 유도한다(CN 105065963). 또한 야간 차량(CN 107525034) 및 항공기 운전자용 조명(US 12/075136)이나 도로 조명 시스템(CN 107567139)은 멜라토닌 분비를 억제하여 졸음을 방지하고 운전자의 집중도를 유지하도록 하여 장시간 운전 시 안전사고를 예방하는데 중요한 역할을 한다. 그리고 상업시설 조명에 적용(JP 2008-021426)하여 소비자의 활동성 향상과 집중을 높여 구매 의사결정에 긍정적인 영향을 미치거나 독서나 학습 공간에서는 학습자의 주의 집중과 정보처리 능력을 향상시킨다(JP 2011-177168). 마지막으로 산업 및 정서적 환경 개선 분야에서도 멜라토닌 억제 조명을 효과적으로 사용하고 있다. 업무시설 조명에 적용하면 작업자의 피로를 줄이고 생산성을 높일 수 있으며(CN 2012-10515511) 기분 전환 조명으로 활용될 경우, 우울감이나 감정장애를 완화시켜 심리적 안정감을 제공할 수 있다. CN 112206422는 멜라토닌 분비를 억제하는 조명장치로, Figure 3과 같이 제1 발광소자(111)을 통해 멜라토닌 분비를 효과적으로 억제하고 광 치료 동안 망막을 보호하기 위해 581 nm 내지 590 nm의 파장 범위를 갖는 황색광을 사용한다.
4.2.2 멜라토닌 억제 완화 조명 장치
멜라토닌 억제 완화 조명기술의 특허는 총 60건으로, 멜라토닌 분비를 과도하게 억제하지 않도록 조명 스펙트럼과 강도를 조절함으로써, 수면 개선과 생체리듬 회복을 돕는 다양한 응용 분야에 활용되고 있다. 우선 취침 전 수면 유도 환경 개선 조성에 활용된다. 멜라토닌 억제 완화 조명은 청색광을 최소화하여 취침 전 신체 근육의 이완과 수면 활동을 자연스럽게 유도함으로써, 숙면을 돕고 수면의 질을 향상시킬 수 있다(JP 2004-041545). 또한 일주기 리듬(생체리듬) 유지 및 회복에도 사용된다(US 11/833072). 장시간 인공조명 노출로 인한 생체리듬 파괴를 최소화하여 수면과 활동성 향상 주기의 불균형을 완화한다(11/833072). 야간 생활 환경에서도 멜라토닌 억제 완화 조명을 사용할 수 있다. Figure 4와 같이 취침 중 화장실 등을 이용할 때 일반 조명보다 눈부심이 적고 수면을 방해하지 않는 조도를 제공하여 다시 쉽게 잠들 수 있다(JP 2007-134104). 또한 야간 교대 근무자에게는 수면 품질 저하를 최소화하면서도 근무 중 인지 능력과 집중도를 유지할 수 있는 조명을 제공함으로써 사고 및 부상 위험을 감소시킨다(CN 109618450). 마지막으로 시각 건강 보호 측면에서도 사용된다. 사무실, 병원 대중교통 등 장시간 조명에 노출되는 환경에서 청색광을 최소화함으로써, 안과 질환이나 노안 증상을 가진 사람들의 눈 피로를 줄이고 시각적 편안함을 제공한다(US 16/321804).
JP 2007-134104는 취침 중 눈을 뜨고 화장실을 향할 경우 취침 중의 사람의 수면을 방해하지 않고 조명을 얻기 위하여 500–580 nm의 파장영역만을 가지는 광원만을 점등시킴으로써 눈을 뜨고 인간의 멜라토닌을 억제하는 파장을 피할 수 있고, 이를 통해 멜라토닌 분비를 감소시키지 않고 활동성을 향상시키지 않는다.
4.2.3 멜라토닌 분비 조명 장치
멜라토닌 분비 기술의 특허는 총 23건이며, 인체의 생체리듬에 맞추어 멜라토닌을 분비함으로써 신속한 수면 유도와 수면의 질 개선을 돕는다. 이 기술은 주로 청색광을 억제하고 따뜻하고 부드러운 온도의 조명(낮은 색온도)을 활용하여 인체가 밤 시간대로 자연스럽게 인식하도록 유도한다. 이를 통해 불면증이나 수면 장애 치료 조명으로 활용(JP 2013-222651)되며 병원이나 수면클리닉에서도 환자의 수면 리듬 회복을 위해 사용된다(CN 112135386). 또한 일주기 리듬 개선에도 중요한 역할을 하며, 낮과 밤의 조명 변화를 조절하여 인체가 자연스러운 주야 리듬을 인식하도록 돕기 때문에 교대 근무자나 시차 적응이 필요한 사람들에게 유용하게 사용된다(KR 10-2018-7028536). 아울러 시력 보호 측면에서도 멜라토닌 분비 조명은 청색광을 최소화함으로써 눈의 피로를 줄여 시력 건강을 보호한다. 결과적으로 멜라토닌 분비 조명기술 은 수면 유도, 생체리듬 회복 및 시력 보호를 동시에 실현하고, 주로 침실, 병원, 영유아실 등 휴식과 회복에 필요한 공간에 설치되거나 별도의 수면 보조등 형태로 활용되고 있다. KR 10-2024-0151914는 Figure 5와 같이 수면을 유도하는 멜라토닌을 생성하는 조명장치(100) 및 실내공간의 항바이러스 정화부(200)을 모두 구비하여 쾌적한 수면을 유도하고자 하였다.
4.2.4 멜라토닌 제어 조명 장치
멜라토닌 제어 조명의 특허는 총 60건으로, 생체리듬을 고려하여 조명의 색온도와 밝기를 자동으로 조절함으로써, 수면과 활동성 향상, 집중과 휴식 등 다양한 생리적 상태를 지원하고 있다. 주요 기술로는 수면의 질을 향상시키는 데 활용된다. 밤에는 따뜻한 색의 빛으로 멜라토닌을 분비하여 자연스럽게 수면을 유도하고, 아침에는 청색광 비중을 높여 활동성 향상을 돕는다(EP 2018-201950). 이를 통해 수면 유지와 수면 중단 제어가 가능해지며, 보다 안정적이고 자연스러운 수면 패턴을 형성할 수 있다. 또한 24시간 일주기 리듬 유지를 지원하여 낮과 밤의 구분이 불명확한 실내 생활에서도 건강한 생활 패턴을 유지할 수 있다. 그리고 개인 맞춤형 일주기 조명 제어가 가능하다(JP 2008-181874). 사용자의 생체 신호, 수면 패턴 및 개인 습관 데이터를 기반으로 자동으로 조명을 조절하여 개인의 건강상태에 맞춘 최적의 조명 환경을 제공한다(KR 10-2016-0013975). 특히 사무실, 병원 학교 등 시간대 외 날씨 변화에 따라 자연광과 유사한 조명 환경을 구현하였고, 피로를 줄이고 집중력을 높이며, 영유아를 위한 일주기 제어 조명은 성장 단계에 맞춘 건강한 수면과 활동성 향상 주기를 형성하도록 돕는다(KR 10-2016-0069595). US 2023-0241346은 생체시계 조절 및 성능 항샹을 위한 조명 시스템으로써, Figure 6과 같이 사용자 정보 및 주변 스펙트럼 분포 정보를 수집하기 위한 웨어러블 센서 유닛을 착용하고, 사용자 및 주변 환경에 맞게 조명을 제어할 수 있다. 결과적으로 멜라토닌 제어 조명기술은 단순히 색온도와 밝기를 조절하는 기능을 넘어, 개인의 생체리듬과 건강을 관리하는 개인 맞춤 지능형 조명 시스템으로 발전하고 있는 것으로 판단된다.
5. 결 론
본 연구에서는 인간의 생체리듬과 수면 조절에 영향을 미치는 멜라토닌 조절 광원 및 조명기술의 특허를 분석하여, 인간중심조명(HCL)의 기술의 발전 방향과 응용 가능성을 탐색하였다. 총 283건의 유효 특허를 도출하였고, 크게 광원과 조명장치로 구분하였다. 광원 및 조명 장치의 사용 목적에 따라 멜라토닌 억제, 억제 완화 분비 및 제어의 4가지 기술 범주로 분류하였고, 다음과 같은 결과를 도출할 수 있었다.
첫째, 멜라토닌 조절 및 광원 및 조명기술의 특허 출원은 2010년대 중반 이후 뚜렷한 증가세를 보였다. 특히, 2019–2010년에 출원이 집중되어 해당 시기에 기술 개발이 활발히 이루어졌음을 알 수 있다. 국가별로는 중국, 미국, 일본이 전체 특허 출원의 80% 이상을 차지하고 있었다. 중국은 2010년대 후반 이후 출원량이 급증해 광원 및 제어 기술을 중심으로 연구개발을 확대하고 있다. 반면, 미국과 일본은 조명장치 중심의 응용기술에 대한 경쟁력을 확보하고 있어 국가 별 출원 전략 차이가 나타났다.
둘째, 기술적 측면에서는 초기 멜라토닌 억제 중심 조명에서 벗어나, 특히 멜라토닌 억제 완화 및 제어 기술이 가장 높은 비율을 보였다. 또한 광원 기술은 특정 시점에 집중적으로 출원된 반면, 조명장치 기술은 꾸준한 증가 추세를 보이며 실질적인 제품화, 상용화 중심의 연구가 활발하게 이루어지는 것으로 보인다. 출원인의 경우 글로벌 조명 기업이 기술을 주도하고 있지만, 한국과 중국은 대학 및 연구기관의 출원이 많음을 알 수 있었다.
셋째, 멜라토닌 조명광원 기술의 주요 출원인의 특허 분석 결과, 청색, 녹색, 적색 LED를 조합한 파장 변환 기술을 통해 멜라토닌의 억제 및 감소 기능을 구현하거나 다중 형광체 기반의 스펙트럼 조합 기술과 단파장 광원 억제 설계를 통해 멜라토닌 억제 완화 및 분비 기능을 동시에 달성할 수 있다. 또한 suppressive radiation을 동적으로 제어하여 멜라토닌을 제어할 수 있는 광원 기술이 있었다. 이를 통해 글로벌 조명 기업들은 조명 광원의 파장 설계, 스펙트럼 비율, 색온도 조절 등을 멜라토닌 분비를 조절하고자 하였다.
넷째, 멜라토닌 조명 장치 기술의 주요 응용 분야 특허를 분석한 결과, 멜라토닌 억제 기술은 운전, 학습, 산업 현장에서 활동성 향상 유지와 집중력 향상을 목적으로 활용되고 있으며, 억제 완화 기술은 야간 생활환경 및 교대 근무자에게 적합한 생체리듬 보호 조명으로 확장되고 있다. 멜라토닌 분비 기술은 수면 유도, 영유아 케어, 병원 환경 등 회복 중심 환경에 적용되고 있으며, 멜라토닌 제어 기술은 개인 맞춤형 일주기 조명 시스템으로 발전하여 색온도, 스펙트럼 및 조도 조절을 통해 수면, 활동성 향상, 집중 등 다양한 생리 상태를 지원하고 있다. 이는 멜라토닌 조명기술이 단순한 생체 조명에서 벗어나 사용자의 생체 신호 데이터 기반 건강관리 조명 시스템으로 진화하고 있음을 보여준다.
결론적으로 멜라토닌 조절 기술은 인간중심조명(HCL)으로 빠르게 발전하고 있으며, 이에 따라 향후에는 보다 정밀한 생리적 반응 기반의 멜라토닌 제어기술이 필요할 것으로 보인다.
본 연구의 특허 분석 결과, 멜라토닌 조절 조명기술은 억제·완화·분비·제어 기능으로 세분화되며, 최근에는 파장 설계와 스펙트럼 제어를 중심으로 한 정밀 조절 기술로 발전하고 있었다. 또한 조명장치, 센서, 모니터링 기술의 결합을 통해 사용자의 생리적 반응을 반영하는 시스템형 조명기술이 증가하는 경향이 확인되었다. 이러한 결과는 멜라토닌 기반 조명기술이 인간중심조명(HCL)의 주요 기술 분야로 확장되고 있으며, 향후 생체 신호 기반의 조명 제어 기술에 대한 추가적인 연구가 필요함을 시사한다.
