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 , которое впервые было продемонстрировано в современном виде в декабре 1910 года Жоржем Клодом на Парижском автосалоне . [1] Хотя неоновые вывески используются во всем мире, они были популярны в Соединенных Штатах примерно с 1920-х по 1950-е годы. [2] Инсталляции на Таймс-сквер , многие из которых изначально были спроектированы Дугласом Ли , пользовались известностью, и к 1940 году насчитывалось около 2000 небольших магазинов, производящих неоновые вывески. [3] [4] Помимо вывесок, неоновое освещение часто используется художниками. и архитекторов , [3] [5] [6] и (в измененном виде) в плазменных панелях и телевизорах . [7] [8] За последние несколько десятилетий индустрия вывесок пришла в упадок, и города теперь озабочены сохранением и восстановлением своих старинных неоновых вывесок.
Матрицы светоизлучающих диодов могут быть сформированы и покрыты светорассеивателем, имитирующим внешний вид неоновых ламп.
Неоновая вывеска является развитием более ранней трубки Гейсслера , которая представляет собой герметичную стеклянную трубку, содержащую «разреженный» газ (давление газа в трубке значительно ниже атмосферного давления ). Когда на электроды, вставленные через стекло, подается напряжение, возникает электрический тлеющий разряд . Трубки Гейсслера были популярны в конце 19 века, а разные цвета, которые они излучали, были характеристиками газов внутри. Они были непригодны для общего освещения, поскольку давление газа внутри обычно снижалось по мере использования. Непосредственным предшественником неонового освещения была трубка Мура , в которой в качестве светящегося газа использовался азот или углекислый газ и был запатентованный механизм поддержания давления. В начале 1900-х годов трубки Мура продавались для коммерческого освещения в течение ряда лет. [9] [10]
Открытие неона в 1898 году британскими учёными Уильямом Рамзи и Моррисом Трэверсом включало наблюдение яркого красного свечения в трубках Гейсслера. [11] Трэверс писал: «Сияние малинового света из трубки рассказывало свою собственную историю и было зрелищем, на котором стоит остановиться и никогда не забыть». [11] После открытия неона неоновые трубки стали использоваться в качестве научных инструментов и новинок. [12] Вывеска, созданная Перли Г. Наттингом и изображающая слово «неон», возможно, была показана на выставке покупок в Луизиане в 1904 году, хотя это утверждение оспаривалось; [13] в любом случае нехватка неона помешала бы разработке осветительного продукта. После 1902 года компания Жоржа Клода во Франции, Air Liquide , начала производить промышленные количества неона, по существу как побочный продукт своего бизнеса по сжижению воздуха. [10] С 3 по 18 декабря 1910 года Клод продемонстрировал две ярко-красные неоновые трубки длиной 12 метров (39 футов) на Парижском автосалоне . [1] [14] Эта демонстрация осветила перистиль Гран -Пале (большой выставочный зал). [15] Соратник Клода, Жак Фонсек, осознал возможности бизнеса, основанного на вывесках и рекламе. К 1913 году большая вывеска вермута «Чинзано» осветила ночное небо Парижа, а к 1919 году вход в Парижскую оперу украсил свет из неоновых трубок. [3] В течение следующих нескольких лет Клоду были выданы патенты на две инновации, используемые до сих пор: метод «бомбардировки» для удаления примесей из рабочего газа герметичного знака и конструкцию внутренних электродов знака , которая предотвращала их деградация путем распыления. [10]
В 1923 году Жорж Клод и его французская компания Claude Neon представили неоновые газовые вывески в Соединенных Штатах, продав две автосалону Packard в Лос -Анджелесе . Эрл К. Энтони купил две вывески с надписью «Packard» по 1250 долларов за штуку. [1] Неоновое освещение быстро стало популярным элементом наружной рекламы. Знаки, получившие название «жидкий огонь», были видны при дневном свете; люди останавливались и смотрели. [16]
Возможно, самой старой сохранившейся неоновой вывеской в Соединенных Штатах, которая до сих пор используется по своему первоначальному назначению, является вывеска «Театр» (1929 г.) в Театре Лейк-Уорт в Лейк-Уорт-Бич, Флорида .
Следующей крупной технологической инновацией в области неонового освещения и вывесок стала разработка покрытий для люминесцентных трубок. Жак Рислер получил на них французский патент в 1926 году. [4] Неоновые вывески, в которых используется смесь газов аргона и ртути, излучают большое количество ультрафиолетового света . Когда этот свет поглощается флуоресцентным покрытием, предпочтительно внутри трубки, покрытие (называемое «люминофором») светится своим собственным цветом. Хотя первоначально дизайнерам знаков было доступно лишь 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. [6]
Внезапно мы оказались в центре Сиэтла, и вокруг меня вспыхнули огни, словно ракеты четвертого июля. Красные огни, синие огни, желтые огни, зеленые, фиолетовые, белые, оранжевые пронзали ночь в миллионе мест и разрывали черный атласный тротуар в клочья. Я раньше не видел неоновых огней. Они были изобретены или, по крайней мере, широко распространены, пока я был в горах, и за это короткое время весь мир изменился. Вместо приземистых лампочек, шипящих надписями «Кафе» или «Театр», появились длинные, струящиеся спирали чистого яркого цвета. Официант, обведенный ярко-красным контуром, с ослепительно-белой салфеткой на руке то мелькал, то гас над большим кафе. Компания «Пьюджет Саунд Пауэр энд Лайт Компани» пробилась сквозь дождь и тьму, ярко-синяя и радостная. Кафе, театры, табачные магазины, магазины канцелярских товаров, агентства недвижимости, названия которых были написаны расплавленным цветом, приветствовали меня в городе.
- Бетти Макдональд , вспоминая 1931 год: «Любой может сделать что угодно».
.jpg/1280px-Tecnolux_neon_display_(32681).jpg)
Вывески из неоновых трубок [17] [18] [19] [20] изготавливаются путем сгибания стеклянных трубок в нужные формы. Работник, владеющий этим ремеслом, известен как сгибатель стекла, сгибателя неона или сгибателя труб. Неоновая трубка изготавливается из прямых палочек полого стекла длиной 4 или 5 футов, которые продаются поставщиками вывесок в неоновые магазины по всему миру, где они вручную собираются в индивидуально разработанные и изготовленные лампы.
Чаще всего используются трубки с внешним диаметром примерно 8–15 мм и толщиной стенок 1 мм, хотя в настоящее время коммерчески доступны трубки диаметром 6 мм в цветных стеклянных трубках. Трубка нагревается по секциям с помощью нескольких типов горелок, которые подбираются в зависимости от количества нагреваемого стекла для каждого изгиба. К таким горелкам относятся ленточные, пушечные или перекрестные факелы, а также различные газовые горелки. Ленточные горелки представляют собой полосы огня, делающие постепенные изгибы, а перекрестные - 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 приваренные к концам холодные катоды. Цвет света, излучаемого трубкой, может быть как цветом газа, так и светом слоя люминофора . Различные секции трубок с фосфорным покрытием можно сваривать встык с помощью стеклянных рабочих горелок, чтобы сформировать единую трубку разного цвета, для таких эффектов, как знак, где каждая буква отображает букву разного цвета в одном слове.
«Неон» используется для обозначения общего типа лампы, но неоновый газ — это лишь один из типов трубочных газов, которые в основном используются в коммерческом применении. Чистый неон используется для получения только одной трети цветов (в основном оттенков красного и оранжевого , а также некоторых более теплых или насыщенных оттенков розового ). Наибольшее количество цветов (включая все оттенки синего , желтого , зеленого , фиолетового и белого цветов , а также некоторые более холодные или мягкие оттенки розового), получаемые путем наполнения другим инертным газом — аргоном и каплей ртути (Hg). который добавляют в пробирку сразу после очистки. Когда трубка ионизируется в результате электризации, ртуть испаряется в пары ртути, которые заполняют трубку и производят сильный ультрафиолетовый свет. Получаемый таким образом ультрафиолетовый свет возбуждает различные люминофорные покрытия, предназначенные для получения разных цветов. Несмотря на то, что в этом классе неоновых трубок вообще не используется неон, они по-прежнему обозначаются как «неоновые». Ртутные лампы представляют собой разновидность люминесцентных ламп с холодным катодом .
Каждый тип неоновых трубок дает два возможных цвета: один с неоном, другой с аргоном/ртутью. Некоторые «неоновые» трубки изготавливаются без люминофорного покрытия некоторых цветов. Прозрачная трубка, наполненная неоновым газом, дает вездесущий желтовато-оранжевый цвет, при этом хорошо виден внутренний плазменный столб, и это самая дешевая и простая в изготовлении трубка. Традиционные неоновые очки в Америке, которым более 20 лет, представляют собой свинцовое стекло, которое легко размягчается при газовых пожарах, но недавние проблемы окружающей среды и здоровья рабочих побудили производителей искать более экологически безопасные специальные формулы мягкого стекла. Одной из неприятных проблем, которых удалось избежать таким образом, является склонность свинцового стекла сгорать в черное пятно с выделением свинцовых паров в искривленном пламени, слишком богатом топливно-кислородной смесью. Еще одной традиционной линией очков были цветные стаканы из натриево-лаймового стекла, представленные во множестве вариантов цвета стекла, которые создают высочайшее качество, самые гипнотически яркие и насыщенные оттенки. Еще больше вариантов цвета предоставляется при покрытии или отсутствии покрытия этих цветных стекол различными доступными экзотическими люминофорами.
Широкая цветовая гамма и возможность изготовить лампу, которая может прослужить без замены годами или десятилетиями, способствуют длительному сроку службы этих лампочек. Поскольку эти трубки требуют большого количества индивидуальной рабочей силы, их экономическая жизнеспособность была бы очень низкой, если бы они не имели такого длительного срока службы при правильной обработке. Интенсивность создаваемого неонового света увеличивается по мере уменьшения диаметра трубки, то есть интенсивность изменяется обратно пропорционально корню квадратному из внутреннего диаметра трубки, а сопротивление трубки увеличивается по мере уменьшения диаметра трубки соответственно, потому что ионизация трубки наибольший в центре трубки, ионы мигрируют к стенкам трубки, улавливаются и нейтрализуются. Основной причиной выхода из строя неоновых трубок является постепенное поглощение неонового газа в результате имплантации ионов высокого напряжения во внутренние стеклянные стенки трубок, что истощает газ и в конечном итоге приводит к повышению сопротивления трубки до уровня, при котором она больше не может светиться. номинальное напряжение, но это может занять более 50 лет, если трубка правильно обработана во время бомбардировки и заправки газом.
Этот долгий срок службы создал практический рынок для использования неона для внутреннего архитектурного освещения бухт в самых разных целях, включая дома, где трубку можно согнуть до любой формы, установить в небольшом пространстве и сделать это без необходимости замены трубки для десятилетие или больше.
Часть стекла нагревают до тех пор, пока она не станет пластичной; затем ему придают форму и выравнивают по бумаге с рисунком неоновой вывески, содержащей графику или надписи, которым будет соответствовать конечный продукт. Трубогиб закупоривает полую трубку перед нагревом и удерживает на другом конце продувочный шланг из латексной резины, через который он осторожно нагнетает небольшое количество воздуха, чтобы поддерживать постоянный диаметр трубки во время ее изгиба. Хитрость сгибания заключается в том, чтобы сгибать по одному небольшому отрезку или сгибать за раз, нагревая одну часть трубки, чтобы она стала мягкой, не нагревая при этом какую-то другую часть трубки, что сделало бы изгиб неконтролируемым. Изгиб после того, как стекло нагрето, необходимо приложить к образцу и быстро установить, прежде чем стекло снова затвердеет, потому что после полного охлаждения трудно повторно нагреть без риска поломки. Часто приходится пропустить один или несколько изгибов и вернуться к ним позже, тщательно измерив длину трубки. Одна трубчатая буква может содержать 7–10 небольших изгибов, и ошибки нелегко исправить, не вернувшись назад и не начав все сначала. Если требуется больше трубок, к ним приваривают еще одну деталь или на последнем этапе можно приварить все детали друг к другу. Готовая трубка должна быть герметичной и чистой внутри, чтобы можно было работать. После того, как трубка заполнена ртутью, если после этого будет допущена какая-либо ошибка, всю трубку следует начинать заново, поскольку вдыхание нагретого пропитанного ртутью стекла и люминофора вызывает долгосрочное отравление тяжелыми металлами у работников, работающих с неоновыми лампами. Стержни трубок соединяются до тех пор, пока трубка не достигнет непрактичного размера, и несколько трубок соединяются последовательно с неоновым трансформатором высокого напряжения. Крайние концы электрической цепи должны быть изолированы друг от друга во избежание прокола трубки и гудения от воздействия коронного разряда .
Электрод с холодным катодом расплавляется (или приваривается ) к каждому концу трубки по мере ее изготовления. Полые электроды также традиционно представляют собой свинцовое стекло и содержат небольшую металлическую оболочку с двумя проводами, выступающими через стекло, к которым позже будет прикреплена проводка знака. Прежде чем продолжить, все сварные швы и уплотнения должны быть герметичными при высоком вакууме.
Трубка присоединяется к коллектору, который затем подключается к высококачественному вакуумному насосу. Затем из трубки откачивают воздух до тех пор, пока вакуум не достигнет уровня в несколько торр . Эвакуация приостанавливается, и через электроды через воздух низкого давления в трубке пропускается сильный ток (процесс, известный как «бомбардировка»). Этот ток и напряжение намного превышают уровень, который возникает при окончательной работе трубки. Ток зависит от конкретных используемых электродов и диаметра трубки, но обычно находится в диапазоне от 150 мА до 1500 мА, начиная с низкого уровня и увеличиваясь к концу процесса, чтобы обеспечить достаточный нагрев электродов без плавления стеклянной трубки. Ток бомбардировки обеспечивается большим трансформатором с напряжением холостого хода примерно от 15 000 В 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 высокое, насколько позволяет бомбардировщик, чтобы обеспечить максимальное рассеивание мощности и нагрев. Бомбардировочные трансформаторы могут быть специально изготовлены для этого использования или могут представлять собой перепрофилированные распределительные трансформаторы электроэнергетических предприятий (типа, установленного на опорах), работающие в обратном направлении для создания выходного напряжения высокого напряжения.
Эта очень высокая мощность, рассеиваемая в трубке, нагревает стеклянные стенки до температуры в несколько сотен градусов Цельсия, а вся грязь и примеси внутри удаляются в газообразном виде с помощью вакуумного насоса. Наибольшие примеси, удаляемые таким образом, — это газы, которые адсорбционно покрывают внутреннюю стенку трубки , в основном кислород, углекислый газ и особенно водяной пар. Ток также нагревает металл электрода до температуры более 600 °C, создавая ярко-оранжевый цвет лампы накаливания. Катоды представляют собой готовые полые металлические оболочки с небольшим отверстием (иногда керамическим кольцевым отверстием), которое содержит на внутренней поверхности оболочки легкое напыление порошка холодного катода с низкой работой выхода (обычно порошковая керамическая молярная эвтектическая точечная смесь , включающая BaCO 2 ), в сочетании с другими оксидами щелочноземельных металлов, который восстанавливается до BaO 2 при нагревании примерно до 500 градусов F и снижает работу выхода электрода для катодной эмиссии. Оксид бария имеет работу выхода примерно 2 эВ, тогда как вольфрам при комнатной температуре имеет работу выхода 4,0 эВ. Это представляет собой катодную каплю или энергию электронов, необходимую для удаления электронов с поверхности катода. Это позволяет избежать необходимости использования термоэлектрического катода с горячей проволокой, такого как тот, который 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 накала, которая есть в люминесцентной трубке, которая перегорает, как обычная лампочка. Основная цель этого — очистить внутреннюю часть трубки перед ее герметизацией, чтобы во время работы эти газы и примеси не вытеснялись и не выделялись плазмой и теплом, выделяемым в герметизированную трубку, что быстро сожжет металлические катоды и капли ртути (при закачке аргона/ртути), окислит внутренние газы и приведет к немедленному выходу трубки из строя. Чем тщательнее очистка трубки, тем дольше и стабильнее она будет в реальной эксплуатации. Как только эти газы и примеси высвобождаются при предварительной бомбардировке во внутреннюю часть трубки, они быстро удаляются насосом.
Пока трубка все еще прикреплена к коллектору, ей дают остыть, одновременно откачивая ее до самого низкого давления, которого может достичь система. Затем его наполняют до низкого давления в несколько торр (миллиметров ртутного столба) одним из благородных газов или их смесью, а иногда и небольшим количеством ртути. Это давление наполнения газом составляет примерно 1/100 давления атмосферы. Требуемое давление зависит от используемого газа и диаметра трубки, оптимальные значения варьируются от 6 Торр (0,8 кПа) (для длинной трубки диаметром 20 мм, заполненной аргоном/ртутью) до 27 Торр (3,6 кПа) (для короткой трубки). Трубка диаметром 8 мм, заполненная чистым неоном). Неон или аргон — наиболее распространенные используемые газы; Криптон , ксенон и гелий используются художниками для специальных целей, но не используются отдельно в обычных вывесках. Предварительно смешанная комбинация аргона и гелия часто используется вместо чистого аргона, когда трубку необходимо установить в холодном климате, поскольку гелий увеличивает падение напряжения (и, следовательно, рассеиваемую мощность), быстрее нагревая трубку до рабочей температуры . Неон при освещении светится ярко-красным или красновато-оранжевым. При использовании аргона или аргона/гелия добавляется крошечная капля ртути . Аргон сам по себе при освещении имеет очень тусклый бледно-лиловый цвет, но капля ртути при запаивании наполняет трубку парами ртути, которые затем при электризации излучают ультрафиолетовый свет. Это ультрафиолетовое излучение позволяет готовым аргоновым/ртутным трубкам светиться различными яркими цветами, когда после сгибания трубка покрыта изнутри люминофором, чувствительным к ультрафиолету .
Также был использован альтернативный способ обработки готовых неоновых трубок. Поскольку единственной целью бомбардировки электрическими средствами является очистка внутренней части трубок, также возможно изготовить трубку путем нагрева трубки снаружи с помощью горелки или печи с одновременным нагревом электрода с помощью радиочастотного индукционного нагрева ( РФИХ) катушка. Хотя это и менее продуктивно, зато получается более чистая нестандартная трубка со значительно меньшим повреждением катода, более длительным сроком службы и блеском, а также можно производить трубки очень маленьких размеров и диаметров, вплоть до наружного диаметра 6 мм. Трубка тщательно нагревается в условиях высокого вакуума без внешнего электрического воздействия до тех пор, пока не станет видно, что выделившиеся газы полностью исчерпаны, и давление снова не упадет до высокого вакуума. Затем пробирку наполняют, запечатывают, опускают ртуть и встряхивают.
Готовые стеклянные детали освещаются либо трансформатором с неоновой вывеской , либо импульсным источником питания , обычно работающим при напряжении в диапазоне 2–15 кВ и токе от 18 до 30 мА (более высокие токи доступны по специальному заказу ) . Источники питания работают как источники постоянного тока (источник высокого напряжения с очень высоким внутренним сопротивлением), поскольку трубка имеет отрицательное характеристическое электрическое сопротивление . Стандартные таблицы трубок, созданные на заре неона, до сих пор используются, в которых указано давление наполнения газом в Ne или Hg/Ar в зависимости от 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 до уровня, необходимого для создания необходимого фиксированного тока. Падение напряжения на трубке пропорционально длине, поэтому максимальное напряжение и длина трубки, питаемой от данного трансформатора, ограничены. Обычно напряжение нагрузки падает примерно до 800 В переменного тока при полном токе. Ток короткого замыкания примерно такой же. [21]
Компактные высокочастотные преобразователи-инверторы, разработанные в начале 1990-х годов, используются, особенно когда необходим низкий уровень радиочастотных помех (RFI), например, в местах рядом с высококачественным звуковым оборудованием. При типичной частоте этих твердотельных трансформаторов время электрон-ионной рекомбинации плазмы слишком велико, чтобы погасить и повторно зажечь плазму в каждом цикле, в отличие от случая на частоте линии электропередачи . Плазма не излучает высокочастотный шум переключения и остается постоянно ионизированной, становясь свободной от радиошумов.
Наиболее распространенный номинальный ток составляет 30 мА для общего использования, а 60 мА используется для приложений с высокой яркостью, таких как буквы канала или архитектурное освещение. Источники тока 120 мА иногда встречаются в осветительных устройствах, но это редкость, поскольку для выдерживания тока требуются специальные электроды, а случайный удар от трансформатора на 120 мА с гораздо большей вероятностью будет фатальным, чем от источников с более низким током.
Эффективность неонового освещения колеблется между эффективностью обычных ламп накаливания и люминесцентных ламп , в зависимости от цвета. В пересчете на ватт лампы накаливания производят от 10 до 20 люмен , а люминесцентные — от 50 до 100 люмен. Эффективность неонового света колеблется от 10 люмен на ватт для красного цвета до 60 люмен для зеленого и синего, когда эти цвета возникают благодаря внутреннему люминофорному покрытию. [22]
Для «затемнения» частей трубки, например, между буквами слова, можно использовать специальную непрозрачную черную или серую краску для стекла.
Сегодня в большинстве недорогих вывесок массового производства прозрачные стеклянные трубки покрыты полупрозрачной краской для создания цветного света. Таким образом, из одной светящейся трубки можно недорого получить несколько разных цветов. Со временем повышенные температуры, циклические изменения температуры или воздействие погодных условий могут привести к отслаиванию цветного покрытия от стекла или изменению его оттенка. Более дорогой альтернативой является использование высококачественных трубок из цветного стекла, которые с возрастом сохраняют более стабильный внешний вид.
Светоизлучающие трубки образуют цветные линии, с помощью которых можно написать текст или нарисовать изображение, включая различные украшения, особенно в рекламных и коммерческих вывесках . Путем программирования последовательностей включения и выключения частей появляется множество возможностей для создания динамических световых узоров, формирующих анимированные изображения .
В некоторых приложениях неоновые трубки все чаще заменяются светодиодами , учитывая устойчивый рост яркости светодиодов [23] и снижение стоимости светодиодов высокой яркости. [24] Однако сторонники неоновых технологий утверждают, что они все же имеют значительные преимущества перед светодиодами. [25]
Неоновое освещение ценно для того, чтобы вызвать ностальгию по 1940-м или 1950-м годам в маркетинге и при исторической реставрации архитектурных памятников неоновой эпохи. Архитектура в эпоху модерна часто использовала неон для акцентирования структурного пигментированного стекла , встроенного в фасад здания 1930-х или 1940-х годов; многие из этих зданий теперь имеют право на включение в исторические реестры , такие как Национальный реестр исторических мест США , если их историческая целостность будет добросовестно сохраняться. [26]
Первое коммерческое использование произошло на автосалоне в Париже в декабре 1910 года.
Плазменные дисплеи тесно связаны с простой неоновой лампой.
