В индустрии вывесок неоновые вывески представляют собой электрические вывески, освещаемые длинными светящимися газоразрядными трубками , содержащими разреженный неон или другие газы. Они являются наиболее распространенным применением неонового освещения , [1] которое впервые было продемонстрировано в современной форме в декабре 1910 года Жоржем Клодом на Парижском автосалоне . [2] Хотя они используются во всем мире, неоновые вывески были популярны в Соединенных Штатах примерно с 1920-х по 1950-е годы. [3] Инсталляции на Таймс-сквер , многие из которых изначально были спроектированы Дугласом Ли , были знамениты, и к 1940 году там было около 2000 небольших магазинов, производящих неоновые вывески. [4] [5] Помимо вывесок, неоновое освещение часто используется художниками и архитекторами , [4] [6] [7] и (в измененной форме) в плазменных панелях и телевизорах . [8] [9] За последние несколько десятилетий индустрия вывесок пришла в упадок, и теперь города озабочены сохранением и реставрацией своих старинных неоновых вывесок.
Светодиодные матрицы могут быть сформированы и покрыты рассеивателем света для имитации внешнего вида неоновых ламп. [10]
Неоновая вывеска является развитием более ранней трубки Гейсслера , [11] которая представляет собой герметичную стеклянную трубку, содержащую «разреженный» газ (давление газа в трубке значительно ниже атмосферного давления ). Когда напряжение подается на электроды, вставленные через стекло, возникает электрический тлеющий разряд . Трубки Гейсслера были популярны в конце 19 века, [12] и различные цвета, которые они излучали, были характеристиками газов внутри. Они были непригодны для общего освещения, так как давление газа внутри обычно снижалось по мере использования. Прямым предшественником неонового освещения была трубка Мура , которая использовала азот или углекислый газ в качестве светящегося газа и запатентованный механизм для поддержания давления. Трубки Мура продавались для коммерческого освещения в течение ряда лет в начале 1900-х годов. [13] [14]
Открытие неона в 1898 году британскими учеными Уильямом Рэмзи и Моррисом В. Трэверсом включало наблюдение ярко-красного свечения в трубках Гейсслера. [15] Трэверс писал: «Вспышка малинового света из трубки рассказывала свою собственную историю и была зрелищем, на котором стоило остановиться и которое никогда не забыть». [15] После открытия неона неоновые трубки использовались в качестве научных инструментов и новинок. [16] Знак, созданный Перли Г. Наттингом и отображающий слово «неон», возможно, был показан на выставке Louisiana Purchase Exposition 1904 года, хотя это утверждение было оспорено; [17] в любом случае, дефицит неона помешал бы разработке осветительного продукта. После 1902 года компания Жоржа Клода во Франции, Air Liquide , начала производить промышленные объемы неона, по сути, как побочный продукт их бизнеса по сжижению воздуха. [14] С 3 по 18 декабря 1910 года Клод продемонстрировал две 12-метровые (39 футов) ярко-красные неоновые трубки на Парижском автосалоне . [2] [18] Эта демонстрация осветила перистиль Большого дворца (большого выставочного зала). [19] Сотрудник Клода, Жак Фонсек, осознал возможности бизнеса, основанного на вывесках и рекламе. К 1913 году большая вывеска для вермута Cinzano осветила ночное небо Парижа, а к 1919 году вход в Парижскую оперу был украшен подсветкой неоновых трубок. [4] В течение следующих нескольких лет Клоду были выданы патенты на два нововведения, которые используются и по сей день: метод «бомбардировки» для удаления примесей из рабочего газа запечатанного знака и конструкция внутренних электродов знака, которая предотвращала их деградацию путем распыления. [14]
В 1923 году Жорж Клод и его французская компания Claude Neon представили неоновые газовые вывески в Соединенных Штатах [20] , продав две из них автосалону Packard в Лос-Анджелесе . Эрл К. Энтони купил две вывески с надписью «Packard» по 1250 долларов за штуку. [2] Неоновое освещение быстро стало популярным приспособлением в наружной рекламе. Вывески, получившие название «жидкий огонь», были видны при дневном свете; люди останавливались и смотрели на них. [21] Возможно, старейшей сохранившейся неоновой вывеской в Соединенных Штатах, которая до сих пор используется по своему первоначальному назначению, является вывеска «Театр» (1929) в театре Lake Worth Playhouse в Лейк-Уорт-Бич, Флорида .
Следующим крупным технологическим новшеством в неоновом освещении и вывесках стала разработка покрытий для люминесцентных трубок. [22] Жак Рислер получил французский патент на них в 1926 году. [5] Неоновые вывески, в которых используется смесь аргона и ртути, излучают много ультрафиолетового света . Когда этот свет поглощается люминесцентным покрытием, предпочтительно внутри трубки, покрытие (называемое «люминофором») светится своим собственным цветом. Хотя изначально дизайнерам вывесок было доступно всего несколько цветов, после Второй мировой войны люминофорные материалы интенсивно исследовались для использования в цветных телевизорах. К 1960-м годам дизайнерам неоновых вывесок было доступно около двух десятков цветов, а сегодня доступно около 100 цветов. [7]
Внезапно мы оказались в центре Сиэтла, и вокруг меня, словно ракеты на День независимости, взрывались огни. Красные огни, синие огни, желтые огни, зеленые, фиолетовые, белые, оранжевые, пронзали ночь в миллионах мест и разрывали в клочья черный атласный тротуар. Я раньше не видел неоновых огней. Их изобрели или, по крайней мере, ввели в обиход, пока я был в горах, и за это короткое время весь облик мира изменился. Вместо маленьких унылых лампочек, шипящих и выдающих «Кафе» или «Театр», появились длинные стремительные спирали чистого яркого цвета. Официант, очерченный ярко-красным цветом, с ярко-белой салфеткой на руке вспыхивал и гас над большим кафе. Компания Puget Sound Power and Light Company прорезала дождь и темноту, ярко-синяя и веселая. Кафе, театры, табачные магазины, канцелярские магазины, агентства недвижимости с их названиями, написанными расплавленным цветом, приветствовали меня в городе.
— Бетти Макдональд , вспоминая 1931 год, Anybody Can Do Anything
.jpg/1280px-Tecnolux_neon_display_(32681).jpg)
Неоновые вывески [23] [24] [25] [26] производятся путем сгибания стеклянных трубок в формы. Работник, владеющий этим ремеслом, известен как стеклогиб, неоновый сгибатель или трубогиб. Неоновая трубка изготавливается из 4-5-футовых прямых палочек полого стекла, которые поставщики вывесок продают в неоновые магазины по всему миру, где их вручную собирают в индивидуальные лампы, разработанные и изготовленные по индивидуальному заказу.
Чаще всего используются трубки с внешним диаметром от 8 до 15 мм и толщиной стенки 1 мм, хотя в настоящее время в продаже имеются трубки диаметром 6 мм в виде цветных стеклянных трубок. Трубка нагревается по секциям с использованием нескольких типов горелок, которые выбираются в зависимости от количества стекла, которое необходимо нагреть для каждого изгиба. К таким горелкам относятся ленточные, пушки или перекрестные горелки, а также различные газовые горелки. Ленточные горелки представляют собой полосы огня, которые делают плавные изгибы, в то время как перекрестные горелки используются для резких изгибов.
Внутренняя часть трубок может быть покрыта тонким фосфоресцирующим порошковым покрытием, прикрепленным к внутренней стенке трубки связующим материалом. Трубка заполнена очищенной газовой смесью, и газ ионизируется высоким напряжением, приложенным между концами запаянной трубки через холодные катоды, приваренные к концам. Цвет света, излучаемого трубкой, может быть просто тем, что исходит от газа, или светом от слоя фосфора . Различные секции трубок с фосфорным покрытием могут быть сварены встык с помощью горелок для обработки стекла, чтобы сформировать одну трубку разных цветов, для таких эффектов, как знак, где каждая буква отображает букву другого цвета в пределах одного слова.
«Неон» используется для обозначения общего типа лампы, но неоновый газ — это только один из типов газовых трубок, в основном используемых в коммерческих целях. Чистый неоновый газ используется для получения только около одной трети цветов (в основном оттенков красного и оранжевого , а также некоторых более теплых или более интенсивных оттенков розового ). Наибольшее количество цветов (включая все оттенки синего , желтого , зеленого , фиолетового и белого , а также некоторые более холодные или более мягкие оттенки розового) получают путем заполнения другим инертным газом, аргоном, и каплей ртути (Hg), которая добавляется в трубку сразу после очистки. Когда трубка ионизируется путем электрификации, ртуть испаряется в пары ртути, которые заполняют трубку и производят сильный ультрафиолетовый свет. Полученный таким образом ультрафиолетовый свет возбуждает различные фосфорные покрытия, предназначенные для получения различных цветов. Несмотря на то, что этот класс неоновых трубок вообще не использует неон, они все равно обозначаются как «неоновые». Ртутные лампы — это разновидность люминесцентных ламп с холодным катодом .
Каждый тип неоновой трубки производит два различных возможных цвета, один с неоном и другой с аргоном/ртутью. Некоторые «неоновые» трубки производятся без фосфорного покрытия для некоторых цветов. Прозрачная трубка, заполненная неоном, производит вездесущий желтовато-оранжевый цвет с четко видимым внутренним плазменным столбом, и является самой дешевой и простой в изготовлении трубкой. Традиционные неоновые стекла в Америке, которым более 20 лет, представляют собой свинцовое стекло, которое легко размягчается в газовых огнях, но недавние опасения рабочих по поводу экологии и здоровья побудили производителей искать более экологически безопасные специальные формулы мягкого стекла. Одной из неприятных проблем, которых удалось избежать таким образом, является тенденция свинцового стекла к выгоранию в черное пятно, испускающее свинцовые пары в изгибающемся пламени, слишком богатом смесью топлива и кислорода. Другой традиционной линейкой стекол были цветные натриево-кальциевые стекла, представленные в бесчисленном множестве вариантов цвета стекла, которые производят самые качественные, самые гипнотически яркие и насыщенные оттенки. Еще больше вариантов выбора цвета предоставляется при покрытии или отсутствии покрытия на этих цветных стеклах с использованием различных экзотических люминофоров.
Неоновые лампы исключительно долговечны благодаря своим ярким цветам и возможности создавать трубки, которые работают десятилетиями . Эта долговечность имеет решающее значение для их экономической жизнеспособности, учитывая трудоемкий процесс создания. Интересно, что трубки меньшего диаметра производят более яркий неоновый свет, но также имеют более высокое сопротивление. Основной причиной возможного выхода из строя неоновых трубок является медленное поглощение неонового газа стеклянными стенками, но даже этот процесс может занять более 50 лет. Этот увеличенный срок службы делает неоновые лампы идеальными для архитектурного освещения в домах, где их можно формировать так, чтобы они подходили для ограниченного пространства и обеспечивали годы освещения.
Производители неоновых вывесок сгибают нагретые стеклянные трубки , тщательно следуя шаблону. Они используют шланг для продувки, чтобы сохранить форму трубки и избежать перегрева секций. Изгибы — дело сложное, требующее быстрой работы до того, как стекло затвердеет. Ошибки — это боль, потенциально требующая перезапуска. Трубки свариваются вместе, откачиваются и заполняются ртутью. Любая ошибка после заполнения означает, что все придется выбросить, так как пары ртути опасны. Готовые трубки соединяются последовательно с надлежащей изоляцией для предотвращения повреждений.
Холодный катодный электрод расплавляется (или приваривается ) к каждому концу трубки по мере ее завершения. Полые электроды также традиционно изготавливаются из свинцового стекла и содержат небольшую металлическую оболочку с двумя проводами, выступающими через стекло, к которым позже будет прикреплена проводка знака. Все сварные швы и уплотнения должны быть герметичными при высоком вакууме, прежде чем продолжать работу.
Трубка присоединена к коллектору, который затем присоединен к высококачественному вакуумному насосу. Затем из трубки откачивают воздух до тех пор, пока она не достигнет уровня вакуума в несколько торр . Откачка приостанавливается, и через воздух низкого давления в трубке через электроды пропускается сильный ток (в процессе, известном как «бомбардировка»). Этот ток и напряжение намного превышают уровень, который возникает при окончательной эксплуатации трубки. Ток зависит от конкретных используемых электродов и диаметра трубки, но обычно находится в диапазоне от 150 мА до 1500 мА, начиная с низкого значения и увеличиваясь к концу процесса, чтобы гарантировать, что электроды достаточно нагреты без расплавления стеклянной трубки. Ток бомбардировки обеспечивается большим трансформатором с напряжением разомкнутой цепи примерно от 15 000 В переменного тока до 23 000 В переменного тока. Бомбардирующий трансформатор действует как регулируемый источник постоянного тока, а фактическое напряжение во время работы зависит от длины и давления трубки. Обычно оператор поддерживает давление настолько высоким, насколько позволяет бомбардировщик, чтобы обеспечить максимальное рассеивание мощности и нагревание. Бомбардирующие трансформаторы могут быть специально изготовлены для этого использования или могут быть перепрофилированными распределительными трансформаторами электросетей (типа, который можно увидеть установленным на опорах электросетей), работающими в обратном направлении для получения высокого выходного напряжения.
Это очень высокое рассеивание мощности в трубке нагревает стеклянные стенки до температуры в несколько сотен градусов Цельсия, и любая грязь и примеси внутри отсасываются в газифицированной форме вакуумным насосом. Наибольшие примеси, которые удаляются таким образом, — это газы, которые покрывают внутреннюю стенку трубки путем адсорбции , в основном кислород, углекислый газ и особенно водяной пар. Ток также нагревает металл электрода до более чем 600 °C, создавая ярко-оранжевый раскаленный цвет. Катоды представляют собой готовые полые металлические оболочки с небольшим отверстием (иногда керамическое отверстие в виде бублика), которые содержат на внутренней поверхности оболочки легкую пыль холодного катодного порошка с низкой рабочей функцией (обычно порошковая керамическая молярная эвтектическая точечная смесь, включающая BaCO2 ) , в сочетании с другими щелочноземельными оксидами, которые восстанавливаются до BaO2 при нагревании примерно до 500 градусов по Фаренгейту и снижают рабочую функцию электрода для катодной эмиссии. Оксид бария имеет работу выхода примерно 2 эВ, тогда как вольфрам при комнатной температуре имеет работу 4,0 эВ. Это представляет собой катодное падение или энергию электронов, необходимую для удаления электронов с поверхности катода. Это позволяет избежать необходимости использования термоэлектрического катода с горячей проволокой, такого как используется в обычных люминесцентных лампах. И по этой причине неоновые трубки чрезвычайно долговечны при правильной обработке, в отличие от люминесцентных трубок, потому что в них нет нити накаливания, как в люминесцентных трубках, которая перегорает, как обычная лампочка. Основная цель этого — очистить внутреннюю часть трубки перед ее герметизацией, чтобы при ее работе эти газы и примеси не выбрасывались и не выделялись плазмой и теплом, выделяемым в герметизированной трубке, что быстро сожгло бы металлические катоды и капли ртути (если накачивать аргоном/ртутью) и окислило бы внутренние газы и привело бы к немедленному выходу трубки из строя. Чем тщательнее очистка трубки, тем дольше и стабильнее она будет работать в реальных условиях. После того, как эти газы и примеси высвобождаются под действием бомбардировки предварительной засыпки во внутреннюю часть трубки, они быстро откачиваются насосом.
Пока трубка все еще прикреплена к коллектору, ее охлаждают, откачивая до минимально возможного давления в системе. Затем ее заполняют до низкого давления в несколько торр (миллиметров ртутного столба) одним из благородных газов или их смесью, а иногда и небольшим количеством ртути. Это давление заполнения газом составляет примерно 1/100 давления атмосферы. Требуемое давление зависит от используемого газа и диаметра трубки, оптимальные значения составляют от 6 торр (0,8 кПа) (для длинной 20-миллиметровой трубки, заполненной аргоном/ртутью) до 27 торр (3,6 кПа) (для короткой 8-миллиметровой трубки, заполненной чистым неоном). Неон или аргон являются наиболее распространенными используемыми газами; криптон , ксенон и гелий используются художниками для специальных целей, но не используются по отдельности в обычных вывесках. Предварительно смешанная комбинация аргона и гелия часто используется вместо чистого аргона, когда трубка должна быть установлена в холодном климате, так как гелий увеличивает падение напряжения (и, следовательно, рассеивание мощности), быстрее нагревая трубку до рабочей температуры . Неон светится ярко-красным или красновато-оранжевым цветом при зажигании. Когда используется аргон или аргон/гелий, добавляется крошечная капелька ртути . Сам по себе аргон очень тусклый бледно-лавандовый цвет при зажигании, но капелька ртути заполняет трубку парами ртути при запечатывании, которые затем излучают ультрафиолетовый свет при электризации. Это ультрафиолетовое излучение позволяет готовым аргон/ртутным трубкам светиться различными яркими цветами, когда трубка покрыта изнутри ультрафиолетово-чувствительными люминофорами после изгиба в нужную форму.
Также использовался альтернативный способ обработки готовых неоновых трубок. Поскольку единственной целью бомбардировки электрическими средствами является очистка внутренней части трубок, также возможно изготовить трубку, нагревая трубку снаружи либо горелкой, либо печью, при этом нагревая электрод катушкой высокочастотного индукционного нагрева (RFIH). Хотя это менее производительно, это создает более чистую пользовательскую трубку со значительно меньшим повреждением катода, более длительным сроком службы и яркостью, и может производить трубки очень малых размеров и диаметров, вплоть до 6 мм OD. Трубка тщательно нагревается в высоком вакууме без внешнего электрического приложения, пока не будет видно, что выделившиеся газы полностью истощены, и давление снова не упадет до высокого вакуума. Затем трубку заполняют, герметизируют, а ртуть сбрасывают и встряхивают.
Готовые стеклянные детали освещаются либо трансформатором неоновой вывески , либо импульсным источником питания , обычно работающим при напряжении в диапазоне от 2 до 15 кВ и токе от 18 до 30 мА (более высокие токи доступны по специальному заказу.) [27] Эти источники питания работают как источники постоянного тока (высоковольтный источник питания с очень высоким внутренним сопротивлением), поскольку трубка имеет отрицательное характеристическое электрическое сопротивление . Стандартные таблицы трубок, установленные на заре неона, до сих пор используются, в них указаны давления газового наполнения, либо в Ne, либо в Hg/Ar, как функции длины трубки в футах, диаметра трубки и напряжения трансформатора.
Стандартный традиционный неоновый трансформатор, магнитный шунтирующий трансформатор, представляет собой специальный нелинейный тип, предназначенный для поддержания напряжения на трубке на любом уровне, необходимом для получения необходимого фиксированного тока. Падение напряжения на трубке пропорционально длине, поэтому максимальное напряжение и длина трубки, питаемой от данного трансформатора, ограничены. Обычно нагруженное напряжение падает примерно до 800 В переменного тока при полном токе. Ток короткого замыкания примерно такой же. [27]
Компактные высокочастотные инверторно-преобразовательные трансформаторы, разработанные в начале 1990-х годов, используются, особенно когда требуется низкий уровень радиочастотных помех (RFI), например, в местах вблизи высококачественного звукового оборудования. На типичной частоте этих твердотельных трансформаторов время рекомбинации электронов и ионов плазмы слишком велико, чтобы погасить и снова зажечь плазму в каждом цикле, в отличие от случая на частоте линии электропередач . Плазма не транслирует высокочастотный коммутационный шум и остается ионизированной постоянно, становясь свободной от радиопомех.
Наиболее распространенный номинальный ток составляет 30 мА для общего использования, а 60 мА используется для приложений с высокой яркостью, таких как объемные буквы или архитектурное освещение. Источники тока 120 мА иногда встречаются в осветительных приборах, но они не распространены, поскольку для выдерживания тока требуются специальные электроды, а случайный удар током от трансформатора на 120 мА с гораздо большей вероятностью может оказаться смертельным, чем от источников с более низким током.
Эффективность неонового освещения колеблется между эффективностью обычных ламп накаливания и люминесцентных ламп , в зависимости от цвета. На основе расчета на ватт лампы накаливания производят от 10 до 20 люменов , в то время как люминесцентные лампы производят от 50 до 100 люменов. Эффективность неонового света составляет от 10 люменов на ватт для красного цвета до 60 люменов для зеленого и синего, когда эти цвета являются результатом внутреннего фосфорного покрытия. [28]
Высокопрозрачная специальная черная или серая стеклянная краска может использоваться для «затемнения» частей трубки, например, между буквами слова. В большинстве недорогих вывесок массового производства сегодня прозрачная стеклянная трубка покрыта полупрозрачной краской для получения цветного света. Таким образом, из одной светящейся трубки можно недорого получить несколько разных цветов. Со временем повышенные температуры, термоциклирование или воздействие погодных условий могут привести к тому, что цветное покрытие начнет отслаиваться от стекла или менять свой оттенок. Более дорогой альтернативой является использование высококачественной цветной стеклянной трубки, которая сохраняет более стабильный внешний вид по мере старения.
Светоизлучающие трубки образуют цветные линии, с помощью которых можно написать текст или нарисовать изображение, включая различные украшения, особенно в рекламе и коммерческих вывесках . Программируя последовательности включения и выключения частей, существует множество возможностей для динамических световых узоров, которые формируют анимированные изображения .
В некоторых приложениях неоновые трубки все чаще заменяются светодиодами , учитывая устойчивый рост яркости светодиодов [29] и снижение стоимости светодиодов высокой яркости. [30] Однако сторонники неоновой технологии утверждают, что они по-прежнему имеют значительные преимущества перед светодиодами. [31]
Неоновая подсветка ценна для вызова ностальгии по 1940-м или 1950-м годам в маркетинге и в исторической реставрации архитектурных памятников эпохи неона. Архитектура эпохи модерна в стиле стримлайн часто использовала неон для акцентирования структурного пигментированного стекла, встроенного в фасад здания 1930-х или 1940-х годов; многие из этих зданий теперь могут быть включены в исторические регистры, такие как Национальный реестр исторических мест США , если их историческая целостность добросовестно сохраняется. [32]
Первое коммерческое использование состоялось на автосалоне в Париже в декабре 1910 года.
Плазменные дисплеи тесно связаны с простой неоновой лампой.
![Неоновая вывеска «ОТКРЫТО», популярная среди американских предприятий с середины 1980-х годов.[33][34]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/fb/Neon_Open_Sign.jpg/1280px-Neon_Open_Sign.jpg)