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來源：互聯網

霓虹燈（Neon Light），又稱氖燈，是一種特殊的低氣壓冷陰極氣體放電燈。霓虹燈因其具有色彩豐富、亮度高、穿透力強、節能環保等優點，以及動態發光的特點，被廣泛應用于廣告招牌、建筑物裝飾、舞臺布景、汽車照明等領域。

1750年，F·霍克斯比利用玻璃泡殼外的靜電現象做成第一個人造輝光放電管。1898年，拉姆賽發現注入真空管的稀有氣體不但開始導電，而且還發出了極其美麗的紅光。1907年到1910年，克洛德與林德兩位科學家成功發明了液態空氣分餾技術。1910年，世界上第一支商用霓虹燈由法國科學家克洛德親手打造。

經過玻管成型、封接電極、轟擊去氣、充惰性氣體、封排氣孔老煉等工藝制作的霓虹燈，一般有透明玻璃管、粉管兩種制作形式。霓虹燈管是一個密封的玻璃管，兩端裝有電極，管內填充有低壓的惰性氣體，如氖、氦、氬等。當高壓電場施加在霓虹燈管兩端的電極上時，管內的氣體分子被電離，即氣體分子被剝離成電子和陽離子。在高壓電場的作用下，這些電子和正離子在電場中加速移動，并與氣體原子發生碰撞，激發出更多的電子，形成氣體放電現象。這個過程中，多余的能量會以光子的形式發射出來，即產生了霓虹燈的發光現象。霓虹燈發出的光的顏色取決于管內填充的氣體種類和氣壓。例如，光管型霓虹燈充入氖氣會發紅色光，熒光型霓虹燈充入氬氣及汞會發藍色、黃色等光。

發展歷史

起源

霓虹燈是靠充入玻璃管內的低壓惰性氣體，在高壓電場下冷陰極輝光放電而發光。霓虹燈是一種低氣壓冷陰極輝光放電發光的光源。氣體放電發光是自然界的一種物理現象。人造氣體放電發光技術可以追溯到1750年。1750年，F·霍克斯比使用一臺V·蓋里克氏真空泵抽去玻璃泡殼中的空氣，利用玻璃泡殼外的靜電現象做成第一個人造輝光放電管。

19世紀英國科學家邁克爾·法拉第深入研究了氣體放電現象，揭示了當電流通過含有微量正陰離子的氣體時，這些離子在外界因素如紫外線、宇宙射線或微量放射物質的影響下，受到高壓電場的驅動，與中性氣體分子碰撞并引發電離過程，從而導致離子數量急劇增加。這一過程中，氣體放電伴隨的發光現象，即輝光放電，其色彩斑斕，隨氣體種類的不同而變化萬千。法拉第的這一系列理論與實驗成就，為后來霓虹燈技術的興起埋下了伏筆，奠定了堅實的科學基礎。

1898年6月的一個夜晚，拉姆賽和助手正在實驗室里進行實驗：拉姆賽把一種稀有氣體注射在真空玻璃管里，然后把封閉在真空玻璃管中的兩個金屬電極連接在高壓電源上，目的是檢查這種稀有氣體是否導電。一個意外的現象發生了：注入真空管的稀有氣體不但開始導電，而且還發出了極其美麗的紅光。這種神奇的紅光使拉姆賽和他的助手很是驚喜，他們發現了霓虹世界。拉姆賽把這種能夠導電并且發出紅色光的稀有氣體命名為氖氣（neon）。

發展

霓虹燈最初的雛形出現在法國，當時的燈管直徑約為45毫米，制造者需先將玻璃管精心彎曲成預設的文字或圖案，然后借助1只電壓為1萬多伏的變壓器供電，令其綻放光芒。早期霓虹燈的電極由石墨制成，燈內充填氮氣或二氧化碳，分別能發出紅色或白色光芒。

然而，這兩種氣體活性較高，容易與石墨電極發生化學反應，導致陰極濺散出的石墨在玻璃管內壁沉積形成黑膜，進而大量吸收充入燈管內的氣體，使燈管內氣壓迅速降低，嚴重影響了霓虹燈的使用壽命。為應對這一難題，人們嘗試在燈管上安裝1個特殊電磁閥門，以便在使用一段時間后向燈內重新補充一定量的氣體，但這并未從根本上解決問題，霓虹燈依舊面臨著壽命短、制作工藝繁瑣且成本高昂的挑戰，難以廣泛普及。大約在1902年，法國人喬治·克勞德發現了廉價提取氖的方法。他發明了第一款利用氖氣發光的霓虹燈。

1904年，拉姆賽因發現6種惰性氣體，并確定它們在元素周期表中的位置獲得諾貝爾化學獎。這只是惰性氣體的發現其中一個簡單應用，卻實現了如此效果。

突破

從1907年到1910年，科學界迎來了一項重大突破，克洛德與林德兩位科學家成功發明了液態空氣分餾技術。這項技術不僅革新了氣體分離領域，更為霓虹燈的誕生奠定了基礎。通過在燈管內注入特定的惰性氣體，科學家們發現，這不僅顯著延長了氣體的使用壽命，還使得霓虹燈呈現出豐富多彩的色彩，包括紅、綠、藍、黃等多種色調。1910年，作為這一創新成果的直接產物，世界上第一支商用霓虹燈由法國科學家克洛德親手打造，它首次亮相于巴黎皇宮大廈，用作裝飾照明，立刻引發了公眾的廣泛關注。

第二次世界大戰前夕，科研人員又取得了一項重要進展——光致發光材料的問世，即熒光粉。這種材料不僅能夠發射出多種顏色的光線，而且發光效率遠超以往，為霓虹燈的技術升級提供了可能。熒光粉的應用，不僅提升了霓虹燈的亮度，使燈光色彩更加鮮艷多變，還簡化了生產流程，降低了成本。因此，二戰結束后，霓虹燈產業迎來了爆發式增長。

主要分類

根據熒光粉種類及玻璃材質分類

根據霓虹燈管內壁所涂覆的熒光粉種類及玻璃材質的不同，霓虹燈大致可以分為三類：

每一種類型的霓虹燈都有其獨特的視覺效果和應用場景，共同構成了現代都市夜景中不可或缺的一部分。

根據光源分類

冷光源霓虹燈

冷光源霓虹燈使用LED或冷陰極管等技術，燈珠體積小、顏色飽和度高、發光穩定、壽命長。這種霓虹燈適合用于室內、展柜、文化創意產業等領域。

熱彎霓虹燈

熱彎霓虹燈是將玻璃管按需要彎曲（加熱）成各種形狀，填入稀有氣體和汞滴來產生發光現象的一種霓虹燈。其特點為顏色鮮艷、明亮、有立體感，結合聲、光、電，形成特殊效果。適用于廣告招牌、建筑裝飾、景觀照明等領域。

水晶霓虹燈

水晶霓虹燈是在玻璃管外框上加上等離子寶石或水晶之類的貴重材料進行修飾，以突出節日氣氛和裝飾效果。其特點為外貌美觀、顏色豐富、有良好的光電轉換效率。適合用于酒店、寫字樓、購物中心等高端場所的裝飾和照明。

發光二極管霓虹燈

發光二極管霓虹燈以多種顏色為特色、且在使用過程中耗電量低、使用壽命長。同時，這種霓虹燈發光效果穩定，不會閃爍，還有防水防潮等優點。適合用于戶外景觀照明、建筑裝飾等領域。

主要結構

霓虹燈，本質上是一種運行在低氣壓環境下的冷陰極輝光放電燈具，其設計與構造旨在確保穩定的輝光放電狀態，同時通過選擇適當的工作物質以實現特定的光色效果。霓虹燈系統主要由兩大部分構成：燈管與高壓變壓器。燈管部分則細分為玻管和電極室，其中電極室包含了電極、云母片（或替代的瓷環）以及電極引線，共同協作以維持放電過程。玻管內部填充有特定的工作氣體，某些情況下，內壁還會涂覆一層熒光粉，以增強或改變發光特性。

高壓變壓器作為霓虹燈系統中不可或缺的關鍵組件，承擔著激發燈管放電的重任，它有兩種基本類型：漏磁式變壓器和電子式變壓器，兩者均旨在為霓虹燈管的啟動與穩定運行提供必需的高電壓條件。

1.玻管

玻管的主要作用有填充工作氣體、連接兩只電極和透射可見光線三個作用。常見的霓虹燈玻管有明管、粉管和彩管三種。

2.電極

電極是用來發射電子和收集電子及陽離子的，采用耐正離子轟擊、熔點較高，易于發射電子的金屬制作。

3.云母片（或套環）

云母片主要作用是支撐電極、隔熱和減少玻管內壁陰極濺射物。支撐電極可使其不能移位、不松動和不接觸玻管；隔熱可防玻管炸裂；減少玻管內壁陰極濺射物可延長燈管壽命。

4.電極引線

通過它可使電極與外電路連接，需選用導電性好且熱脹系數與玻璃相近的材料，電極引線多用杜美絲制作。

5.工作氣體

工作氣體多為惰性氣體，氖、氬是最常用的工作氣體，氖多充入明管制作紅色霓虹燈，氬多與汞組成氬汞混合氣充入粉管制作其他顏色的霓虹燈。

6.熒光粉

玻管內壁涂上不同品種的熒光粉可方便地與氬、汞混合氣制成各種色彩的霓虹燈。

7.高壓變壓器

它是接在霓虹燈管電路中的穩流裝置，它與燈管組成一組完整的霓虹燈。輝光放電在電性能上有如下特點：一是需較高的著火電壓和較低的工作電壓，二是具有負伏安特性使得放電無法穩定。采用漏磁式高壓變壓器或電子式升壓變壓器都可為燈管提供高達15kV的電壓使燈著火啟輝，氣體一開始放電，電壓會馬上跌落至一恒定值，維持燈管正常輝光放電于一穩定狀態。

工作原理

當外電源電路接通后，變壓器輸出端就會產生幾千伏甚至上萬伏的高壓。當這一高壓加到霓虹燈管兩端電極上時，霓虹燈管內的帶電粒子在高壓電場中被加速并飛向電極。其中陽離子飛向陰極并撞擊陰極。當正離子撞擊陰極的能量足夠大時，能激發陰極產生大量的電子。

這些從陰極激發出來的電子，在高電壓電場中被加速，并與燈管內的氣體原子發生碰撞。當這些電子碰撞游離氣體原子的能量足夠大時，就能使氣體原子發生電離而成為正離子和電子，這就是氣體的電離現象。這些正離子和電子又在電場中被加速再與氣體原子發生碰撞，其結果又可能產生新的正離子和電子。如果這種電離現象能持續不斷地進行，那么就認為燈管內的氣體已能自持放電形成電流而成為導電體。這時霓虹燈管就投入了正常的工作狀態。上述過程是霓虹燈管的起輝工作過程——低氣壓輝光放電現象。

帶電粒子與氣體原子之間的碰撞，還可能使氣體原子中外層電子從低能態躍遷到高能態，通常把這種現象稱之為氣體原子被激發。而當高能態電子返回低能態時，多余的能量就以光子的形式發射出來。這就完成了透明霓虹燈管的發光點亮的整個過程。

如果在霓虹燈管內壁上涂敷了熒光粉后，燈管的發光點亮過程就變得比較復雜。用粉管制成的霓虹燈管中除了充入惰性氣體外，還應充有汞。而汞在管內以蒸氣形式存在，也就是使燈管內存在一定的汞原子。在汞原子被激發電子返回低能態時，它放出的主要是紫外線。這些紫外線照射到熒光粉上，由熒光粉把它們轉換成可見光。這就是通常所說的常溫固體光致發光現象。綜上所述，用粉管制成的霓虹燈的發光過程，是由氣體的受激發光和熒光粉的固體光致發光的綜合效應。

技術參數

性能指標

發光效率與管徑關系

參考資料

色彩與管內氣體顏色關系

參考資料

主要技術

霓虹燈自動化通常指的是使用現代技術，如單片機控制，來實現霓虹燈的自動控制和操作。這種技術可以包括自動開關、色彩變化、亮度調節等功能。其中，單片機控制是實現霓虹燈自動化的核心技術之一。

單片機控制可以用于實現霓虹燈的自動追光功能。在白天，單片機可以根據太陽的位置自動調整太陽能電池板的角度，以最大化太陽能的接收。晚上，單片機則可以使用白天儲存的電能自動為霓虹燈供電，使其正常工作。此外，單片機還可以根據環境光線的強度自動調整霓虹燈的亮度，以達到節能的目的。

特點

霓虹燈的特點是高電壓、小電流。一般通過設計的漏磁式變壓器給霓虹燈供電。

色彩豐富

霓虹燈可以發出多種顏色的光，如紅色、橙色、黃色、綠色、藍色、紫色等，甚至可以發出白色光。這是因為通過向霓虹燈管內充入不同的稀有氣體，或者在管內涂上不同的熒光粉，可以產生不同的光譜，從而發出不同顏色的光。

亮度高

霓虹燈具有較高的亮度，即使在夜間也能清晰可見。這使得霓虹燈成為城市夜景和廣告宣傳的理想選擇。

壽命長

霓虹燈在連續工作不斷電的情況下，壽命可達一萬小時以上。這一壽命優勢是其他任何電光源都難以達到的。

節能環保

隨著技術的進步，新型的霓虹燈采用了更高效的電子變壓器和電極設計，耗電量低，現在的每米燈管耗電12W。使得能耗更低，更加節能環保。同時，由于霓虹燈屬于冷光源，不會像傳統燈泡那樣產生大量熱量，進一步提高了其節能性。

穿透力強

霓虹燈光具有很強的穿透力，在雨天或霧天仍能保持較好的視覺效果。

溫度低

霓虹燈冷陰極特性使其工作時燈管溫度在60℃以下，適應露天及水下環境。

靈活多樣

霓虹燈是由玻璃管制成，經過燒制，玻璃管能彎曲成任意形狀，具有極大的靈活性，通過選擇不同類型的管子并充入不同的惰性氣體，霓虹燈能得到五彩繽紛、多種顏色的光。

制作工藝

在霓虹燈的制作過程中，不論是明亮的明管、色彩斑斕的粉管還是多彩的彩管，它們的制作工藝都遵循相似的步驟。這些步驟主要包括玻管成型、電極封接、轟擊去氣、充入惰性氣體以及封排氣孔和老煉等。

使用相關

注意事項

霓虹燈變壓器的次級電壓較高，為6~15kV，故二次回路與所有金屬構架、建筑物等必須完全絕緣。一般高壓線采用單股銅線穿玻璃管絕緣，以策安全，并防止漏電。霓虹燈變壓器應盡量靠近霓虹燈安裝，一般安放在支撐霓虹燈的構架上，并用密封箱子作防水保護，變壓器中性點及外殼必須可靠接地，霓虹燈管和高壓線路不能直接敷設在建筑物或構架上，與它們至少需保持50mm的距離，這可用專用的玻璃支持頭支撐來實現。兩根高壓線之間間距也不宜小于50mm。高壓線路離地應有一定高度，以防止人體觸及。霓虹燈變壓器電抗大，線路功率因數低，為0.2~0.5。為改善功率因數，需配備相應的電容器進行補償。

故障及檢修

應用領域

建筑裝飾領域

霓虹燈作為一種燈光裝飾材料，具有色彩豐富、夜景顯著、視覺沖擊力強等特點，被廣泛應用于城市夜景、商業街區、廣場公園等場所的建筑燈光裝飾。例如上海外灘的霓虹燈濱江大道、北京王府井繁華商業區的藍色霓虹燈裝飾、維多利亞港的霓虹燈夜景等，都是霓虹燈在城市建筑裝飾中的典型案例。城市中的霓虹燈可以作為地標性建筑的裝飾，為城市夜景增添光彩，成為旅游景點的一部分。