氢原子百科 
霓虹灯（Neon Light），又称氖灯，是一种特殊的低气压冷阴极气体放电灯[3]。霓虹灯因其具有色彩丰富[6]、亮度高[8]、穿透力强[12]、节能环保[12]等优点，以及动态发光的特点，被广泛应用于广告招牌[8]、建筑物装饰[8]、舞台布景[10]、汽车照明等领域。[6]
1750年，F·霍克斯比利用玻璃泡壳外的静电现象做成第一个人造辉光放电管。[13]1898年，拉姆赛发现注入真空管的稀有气体不但开始导电，而且还发出了极其美丽的红光。[7]1907年到1910年，克洛德与林德两位科学家成功发明了液态空气分馏技术。1910年，世界上第一支商用霓虹灯由法国科学家克洛德亲手打造。[12]
经过玻管成型、封接电极、轰击去气、充惰性气体、封排气孔老炼等工艺制作的霓虹灯，[6]一般有透明玻璃管、粉管两种制作形式。[14]霓虹灯管是一个密封的玻璃管，两端装有电极，管内填充有低压的惰性气体，如氖、氦、氩等。当高压电场施加在霓虹灯管两端的电极上时，管内的气体分子被电离，即气体分子被剥离成电子和正离子。在高压电场的作用下，这些电子和正离子在电场中加速移动，并与气体原子发生碰撞，激发出更多的电子，形成气体放电现象。这个过程中，多余的能量会以光子的形式发射出来，即产生了霓虹灯的发光现象。霓虹灯发出的光的颜色取决于管内填充的气体种类和气压。例如，光管型霓虹灯充入氖气会发红色光，荧光型霓虹灯充入氩气及汞会发蓝色、黄色等光。[4][6][11]
起源
霓虹灯是靠充入玻璃管内的低压惰性气体，在高压电场下冷阴极辉光放电而发光。[15]霓虹灯是一种低气压冷阴极辉光放电发光的光源。气体放电发光是自然界的一种物理现象。人造气体放电发光技术可以追溯到1750年。1750年，F·霍克斯比使用一台V·盖里克氏真空泵抽去玻璃泡壳中的空气，利用玻璃泡壳外的静电现象做成第一个人造辉光放电管。[13]
19世纪英国科学家迈克尔·法拉第深入研究了气体放电现象，揭示了当电流通过含有微量正负离子的气体时，这些离子在外界因素如紫外线、宇宙射线或微量放射物质的影响下，受到高压电场的驱动，与中性气体分子碰撞并引发电离过程，从而导致离子数量急剧增加。这一过程中，气体放电伴随的发光现象，即辉光放电，其色彩斑斓，随气体种类的不同而变化万千。法拉第的这一系列理论与实验成就，为后来霓虹灯技术的兴起埋下了伏笔，奠定了坚实的科学基础。[6]
1898年6月的一个夜晚，拉姆赛和助手正在实验室里进行实验：拉姆赛把一种稀有气体注射在真空玻璃管里，然后把封闭在真空玻璃管中的两个金属电极连接在高压电源上，目的是检查这种稀有气体是否导电。一个意外的现象发生了：注入真空管的稀有气体不但开始导电，而且还发出了极其美丽的红光。这种神奇的红光使拉姆赛和他的助手很是惊喜，他们发现了霓虹世界。拉姆赛把这种能够导电并且发出红色光的稀有气体命名为氖气（neon）。[5]
发展
霓虹灯最初的雏形出现在法国，当时的灯管直径约为45毫米，制造者需先将玻璃管精心弯曲成预设的文字或图案，然后借助1只电压为1万多伏的变压器供电，令其绽放光芒。早期霓虹灯的电极由石墨制成，灯内充填氮气或二氧化碳，分别能发出红色或白色光芒。[6]
然而，这两种气体活性较高，容易与石墨电极发生化学反应，导致阴极溅散出的石墨在玻璃管内壁沉积形成黑膜，进而大量吸收充入灯管内的气体，使灯管内气压迅速降低，严重影响了霓虹灯的使用寿命。为应对这一难题，人们尝试在灯管上安装1个特殊电磁阀门，以便在使用一段时间后向灯内重新补充一定量的气体，但这并未从根本上解决问题，霓虹灯依旧面临着寿命短、制作工艺繁琐且成本高昂的挑战，难以广泛普及。[6]大约在1902年，法国人乔治·克劳德发现了廉价提取氖气的方法。他发明了第一款利用氖气发光的霓虹灯。[16]
1904年，拉姆赛因发现6种惰性气体，并确定它们在元素周期表中的位置获得诺贝尔化学奖。这只是惰性气体的发现其中一个简单应用，却实现了如此效果。[5]
突破
从1907年到1910年，科学界迎来了一项重大突破，克洛德与林德两位科学家成功发明了液态空气分馏技术。这项技术不仅革新了气体分离领域，更为霓虹灯的诞生奠定了基础。通过在灯管内注入特定的惰性气体，科学家们发现，这不仅显著延长了气体的使用寿命，还使得霓虹灯呈现出丰富多彩的色彩，包括红、绿、蓝、黄等多种色调。1910年，作为这一创新成果的直接产物，世界上第一支商用霓虹灯由法国科学家克洛德亲手打造，它首次亮相于巴黎皇宫大厦，用作装饰照明，立刻引发了公众的广泛关注。[6]
二战前夕，科研人员又取得了一项重要进展——光致发光材料的问世，即荧光粉。这种材料不仅能够发射出多种颜色的光线，而且发光效率远超以往，为霓虹灯的技术升级提供了可能。荧光粉的应用，不仅提升了霓虹灯的亮度，使灯光色彩更加鲜艳多变，还简化了生产流程，降低了成本。因此，二战结束后，霓虹灯产业迎来了爆发式增长。[6]
根据荧光粉种类及玻璃材质分类
根据霓虹灯管内壁所涂覆的荧光粉种类及玻璃材质的不同，霓虹灯大致可以分为三类：[6]
未涂任何荧光粉的透明玻璃管，通常被称为明管；[6]玻璃管内壁涂有荧光粉的，一般称其为粉管；[6]采用彩色玻璃管，并在其内壁均匀涂布荧光粉的，这类被称为彩管。[6]
每一种类型的霓虹灯都有其独特的视觉效果和应用场景，共同构成了现代都市夜景中不可或缺的一部分。[6]
冷光源霓虹灯
冷光源霓虹灯使用LED或冷阴极管等技术，灯珠体积小、颜色饱和度高、发光稳定、寿命长。这种霓虹灯适合用于室内、展柜、文化创意产业等领域。[17]
热弯霓虹灯
热弯霓虹灯是将玻璃管按需要弯曲（加热）成各种形状，填入稀有气体和汞滴来产生发光现象的一种霓虹灯。其特点为颜色鲜艳、明亮、有立体感，结合声、光、电，形成特殊效果。适用于广告招牌、建筑装饰、景观照明等领域。[17]
水晶霓虹灯
水晶霓虹灯是在玻璃管外框上加上等离子宝石或水晶之类的贵重材料进行修饰，以突出节日气氛和装饰效果。其特点为外貌美观、颜色丰富、有良好的光电转换效率。适合用于酒店、写字楼、购物中心等高端场所的装饰和照明。[17]
发光二极管霓虹灯
发光二极管霓虹灯以多种颜色为特色、且在使用过程中耗电量低、使用寿命长。同时，这种霓虹灯发光效果稳定，不会闪烁，还有防水防潮等优点。适合用于户外景观照明、建筑装饰等领域。[17]
主要结构
霓虹灯，本质上是一种运行在低气压环境下的冷阴极辉光放电灯具，其设计与构造旨在确保稳定的辉光放电状态，同时通过选择适当的工作物质以实现特定的光色效果。霓虹灯系统主要由两大部分构成：灯管与高压变压器。灯管部分则细分为玻管和电极室，其中电极室包含了电极、云母片（或替代的瓷环）以及电极引线，共同协作以维持放电过程。玻管内部填充有特定的工作气体，某些情况下，内壁还会涂覆一层荧光粉，以增强或改变发光特性。[7]
高压变压器作为霓虹灯系统中不可或缺的关键组件，承担着激发灯管放电的重任，它有两种基本类型：漏磁式变压器和电子式变压器，两者均旨在为霓虹灯管的启动与稳定运行提供必需的高电压条件。[7]
1.玻管
玻管的主要作用有填充工作气体、连接两只电极和透射可见光线三个作用。常见的霓虹灯玻管有明管、粉管和彩管三种。[7]
2.电极
电极是用来发射电子和收集电子及正离子的，采用耐正离子轰击、熔点较高，易于发射电子的金属制作。[7]
3.云母片（或套环）
云母片主要作用是支撑电极、隔热和减少玻管内壁阴极溅射物。支撑电极可使其不能移位、不松动和不接触玻管；隔热可防玻管炸裂；减少玻管内壁阴极溅射物可延长灯管寿命。[7]
4.电极引线
通过它可使电极与外电路连接，需选用导电性好且热胀系数与玻璃相近的材料，电极引线多用杜美丝制作。[7]
5.工作气体
工作气体多为惰性气体，氖、氩是最常用的工作气体，氖气多充入明管制作红色霓虹灯，氩气多与汞组成氩汞混合气充入粉管制作其他颜色的霓虹灯。[7]
6.荧光粉
玻管内壁涂上不同品种的荧光粉可方便地与氩、汞混合气制成各种色彩的霓虹灯。[7]
7.高压变压器
它是接在霓虹灯管电路中的稳流装置，它与灯管组成一组完整的霓虹灯。辉光放电在电性能上有如下特点：一是需较高的着火电压和较低的工作电压，二是具有负伏安特性使得放电无法稳定。采用漏磁式高压变压器或电子式升压变压器都可为灯管提供高达15kV的电压使灯着火启辉，气体一开始放电，电压会马上跌落至一恒定值，维持灯管正常辉光放电于一稳定状态。[7]
工作原理
当外电源电路接通后，变压器输出端就会产生几千伏甚至上万伏的高压。当这一高压加到霓虹灯管两端电极上时，霓虹灯管内的带电粒子在高压电场中被加速并飞向电极。其中正离子飞向阴极并撞击阴极。当正离子撞击阴极的能量足够大时，能激发阴极产生大量的电子。[6][11]
这些从阴极激发出来的电子，在高电压电场中被加速，并与灯管内的气体原子发生碰撞。当这些电子碰撞游离气体原子的能量足够大时，就能使气体原子发生电离而成为正离子和电子，这就是气体的电离现象。这些正离子和电子又在电场中被加速再与气体原子发生碰撞，其结果又可能产生新的正离子和电子。如果这种电离现象能持续不断地进行，那么就认为灯管内的气体已能自持放电形成电流而成为导电体。这时霓虹灯管就投入了正常的工作状态。上述过程是霓虹灯管的起辉工作过程——低气压辉光放电现象。[6][11]
带电粒子与气体原子之间的碰撞，还可能使气体原子中外层电子从低能态跃迁到高能态，通常把这种现象称之为气体原子被激发。而当高能态电子返回低能态时，多余的能量就以光子的形式发射出来。这就完成了透明霓虹灯管的发光点亮的整个过程。[6]
如果在霓虹灯管内壁上涂敷了荧光粉后，灯管的发光点亮过程就变得比较复杂。用粉管制成的霓虹灯管中除了充入惰性气体外，还应充有汞。而汞在管内以蒸气形式存在，也就是使灯管内存在一定的汞原子。在汞原子被激发电子返回低能态时，它放出的主要是紫外线。这些紫外线照射到荧光粉上，由荧光粉把它们转换成可见光。这就是通常所说的常温固体光致发光现象。综上所述，用粉管制成的霓虹灯的发光过程，是由气体的受激发光和荧光粉的固体光致发光的综合效应。[6]
性能指标
亮度：亮度是衡量霓虹灯照明效果的重要指标之一。一般采用均匀亮度进行衡量，单位为cd/m2。不同种类的霓虹灯亮度也会有所差异，通常在1000cd/m2以上。[18]颜色：霓虹灯颜色多种多样，通常使用RBG三种基色的组合来生成不同颜色。色度坐标可以用来表示颜色色调和色彩饱和度。[18]耗电量：由于霓虹灯的高电压、高频率操作方式，其耗电量一般较低，不过在实际应用中需综合考虑灯管长度、数目和外形等因素。在设计时应合理安排灯管的排列方式，以获得更好的经济效益。[18]寿命：霓虹灯使用寿命较长，一般为2万-3万小时，而且在照明质量方面也有着较好的表现。不过，其的功耗较大，导致能效比较低，需要结合实际需求和成本进行选择。[18]电压：通常的有220V、110V、24V、12V。[19]
发光效率与管径关系
发光效率与管径之间关系灯光色彩灯管直径/mm电流/mA每米灯管光通/lm每米灯管功率/W发光效率/（1m/W）蓝1125364.67.815183.84.7绿1125204.64.31583.82.1红1125705.712.215364.09.0
参考资料[11]
色彩与管内气体颜色关系
霓虹灯光色彩与管内气体、玻璃管颜色之间关系灯光色彩管内气体玻璃管或荧光粉颜色灯光色彩管内气体玻璃管或荧光粉颜色红色氖无色白色氩、少量汞白色火黄奶黄色奶黄奶黄橘红绿色玉色玉色玫色蓝色淡玫红淡玫红蓝色氩、少量汞蓝色金黄金黄管十奶黄粉绿色绿色淡绿绿、白混合粉
参考资料[11]
主要技术
霓虹灯自动化通常指的是使用现代技术，如单片机控制，来实现霓虹灯的自动控制和操作。这种技术可以包括自动开关、色彩变化、亮度调节等功能。其中，单片机控制是实现霓虹灯自动化的核心技术之一。[20]
单片机控制可以用于实现霓虹灯的自动追光功能。在白天，单片机可以根据太阳的位置自动调整太阳能电池板的角度，以最大化太阳能的接收。晚上，单片机则可以使用白天储存的电能自动为霓虹灯供电，使其正常工作。此外，单片机还可以根据环境光线的强度自动调整霓虹灯的亮度，以达到节能的目的。[20]
特点
霓虹灯的特点是高电压、小电流。一般通过设计的漏磁式变压器给霓虹灯供电。[11]
色彩丰富
霓虹灯可以发出多种颜色的光，如红色、橙色、黄色、绿色、蓝色、紫色等，甚至可以发出白色光。这是因为通过向霓虹灯管内充入不同的稀有气体，或者在管内涂上不同的荧光粉，可以产生不同的光谱，从而发出不同颜色的光。[6][11]
亮度高
霓虹灯具有较高的亮度，即使在夜间也能清晰可见。这使得霓虹灯成为城市夜景和广告宣传的理想选择。[21][8]
寿命长
霓虹灯在连续工作不断电的情况下，寿命可达一万小时以上。这一寿命优势是其他任何电光源都难以达到的。[13]
节能环保
随着技术的进步，新型的霓虹灯采用了更高效的电子变压器和电极设计，耗电量低，现在的每米灯管耗电12W。使得能耗更低，更加节能环保。同时，由于霓虹灯属于冷光源，不会像传统灯泡那样产生大量热量，进一步提高了其节能性。[12]
穿透力强
霓虹灯光具有很强的穿透力，在雨天或雾天仍能保持较好的视觉效果。[12]
温度低
霓虹灯冷阴极特性使其工作时灯管温度在60℃以下，适应露天及水下环境。[12]
灵活多样
霓虹灯是由玻璃管制成，经过烧制，玻璃管能弯曲成任意形状，具有极大的灵活性，通过选择不同类型的管子并充入不同的惰性气体，霓虹灯能得到五彩缤纷、多种颜色的光。[22]
制作工艺
在霓虹灯的制作过程中，不论是明亮的明管、色彩斑斓的粉管还是多彩的彩管，它们的制作工艺都遵循相似的步骤。这些步骤主要包括玻管成型、电极封接、轰击去气、充入惰性气体以及封排气孔和老炼等。[6]
玻管成型是制作霓虹灯的第一步。制作人员根据预设的图案或文字轮廓，使用专用火头对直玻璃管进行加热、弯曲，直至形成所需的形状。制作人员的技艺水平直接体现在灯管的成型质量上，如转弯处的平滑度、厚薄均匀性、内侧是否皱折以及是否保持平面等。[6]接下来是电极封接环节。成型后的灯管需要通过火头将电极和排气孔精确地封接到灯管上。这一步骤要求接口处既不过薄也不过厚，且必须完全烧融以确保密封性，防止后续出现慢漏气现象。[6]轰击去气是制作霓虹灯的关键步骤。它涉及通过高压电轰击电极，利用高温加热来焚烧灯管电极内难以肉眼观察的水蒸气、尘土、油质等有害物质。这一步骤的目的是将玻管内部抽成真空，以排除这些可能影响灯管质量的杂质。然而，轰击去气的温度控制至关重要。温度过低会导致有害物质去除不彻底，而温度过高则可能引起电极过度氧化，形成氧化层，进而降低灯管的质量。[6]经过彻底轰击去气的玻管需要充入适量的惰性气体，并通过老炼过程来确保灯管的稳定性和可靠性。完成这些步骤后，一个霓虹灯就制作完成了。[6]
注意事项
霓虹灯变压器的次级电压较高，为6~15kV，故二次回路与所有金属构架、建筑物等必须完全绝缘。一般高压线采用单股铜线穿玻璃管绝缘，以策安全，并防止漏电。霓虹灯变压器应尽量靠近霓虹灯安装，一般安放在支撑霓虹灯的构架上，并用密封箱子作防水保护，变压器中性点及外壳必须可靠接地，霓虹灯管和高压线路不能直接敷设在建筑物或构架上，与它们至少需保持50mm的距离，这可用专用的玻璃支持头支撑来实现。两根高压线之间间距也不宜小于50mm。高压线路离地应有一定高度，以防止人体触及。霓虹灯变压器电抗大，线路功率因数低，为0.2~0.5。为改善功率因数，需配备相应的电容器进行补偿。[11]
故障及检修
故障现象产生原因检修方法霓虹灯接通电源后灯管不亮或部分灯管不亮 （1）电源停电或供电网路有故障 （2）电源保险丝熔断或开关接触不良 （3）变压器高压侧短路或断路 （4）不亮的一段灯管漏气 （5）控制器保险管断路 （1）用试电笔测电源电压，判断网路是否停电或发生故障，再从网路上查找原因，并修复正常供电 （2）检查电源保险是否熔断，如保险完好无损，再用万用表在断开开关电源情况下，检查开关闭合后触点是否接触良好，如开关损坏要更换 （3）在断开电源情况下，用万用表电阻挡测霓虹灯变压器高压侧是否断路或短路，如检查出漏磁变压器损坏，要重新绕制高压侧线圈或更换变压器 （4）查出灯管某一段不亮，如确认电源电压正常，要断开电源更换该段灯管 （5）检查更换保险管霓虹灯漏磁变压器在工作时，超过正常温度， 温度过高 （1）蒲磁变压器受潮，性能不良 （2）漏磁变压器超过额定负荷 （3）漏磁变压器工作环境温度过高，并且通风散热不好 （4）漏磁变压器高压回路中有导电物接触，造成超负荷 （1）断开霓虹灯电源，取下漏磁变压器进行烘干处理 （2）减小霓虹灯变压器二次侧的负荷或更换容量较大的漏磁变压器 （3）在特殊情况下，变压器温度过高，要设法散热或用排风扇进行散热 （4）检查霓虹灯变压器，消除导电接触物霓虹灯只闪烁不能跳亮 （1）电源电压太低难以启动 （2）漏磁变压器超负荷 （3）漏磁变压器高压侧有匝间短路现象 （1）用万用表测电源电压，如比220V低10%以上时，要从线路上查找电源电压过低的原因并处理 （2）更换较大的漏磁变压器 （3）用万用表电阻挡在断开电源情况下，检查漏磁变压器高压侧电阻是否比正常时小，判断变压器是否短路，如变压器短路，应重新绕制或更换霓虹灯管电极附近发黑 （1）电源电压长时间过高 （2）灯管使用过久老化 （1）用万用表测电源电压是否过高如过高应从线路上查找原因，设法降低供电电压。如无法降低，也可采用较大功率的专用变压器先把电源电压降为正常值，然后再使用 （2）灯管使用过久老化要更换新灯管 灯点亮时噪音大，有“吱吱”声 （1）高压侧搭铁 （2）变压器过载 （1）在断电状态检查变压器高压侧 是否存在搭铁状况，如发现则排除之 （2）合理设计选用变压器 雨控（时控）不起作用 （1）晴雨板损坏 （2）晴雨板插头/线不良 （3）时控状态调整不对 （4）时控电池失效 （1）更换晴雨板 （2）修复或更换插头/线 （3）重调到正常状态 （4）更换电池 变化中个别管子常亮 控制器晶闸管损坏 更换损坏的晶闸管参考资料[21]
建筑装饰领域
霓虹灯作为一种灯光装饰材料，具有色彩丰富、夜景显著、视觉冲击力强等特点，被广泛应用于城市夜景、商业街区、广场公园等场所的建筑灯光装饰。例如上海外滩的霓虹灯滨江大道、北京王府井繁华商业区的蓝色霓虹灯装饰、香港维多利亚港的霓虹灯夜景等，都是霓虹灯在城市建筑装饰中的典型案例。城市中的霓虹灯可以作为地标性建筑的装饰，为城市夜景增添光彩，成为旅游景点的一部分。[8][9]
广告宣传领域
霓虹灯不仅具有亮度高、寿命长的优点，还有着诱人眼球、传递信息的独特效果，因此广泛应用于广告宣传领域。霓虹灯广告通常具有色彩鲜艳、构思新颖、形式多样等特点，能够吸引人们的注意力，传递广告信息。[8]
艺术装置
艺术家经常使用霓虹灯创作具有强烈视觉冲击力的作品，这些作品在画廊、博物馆和公共空间展出。[23]
娱乐场所
夜总会、酒吧和俱乐部常用霓虹灯营造活力四射的环境，增强现场气氛。[10]
室内装饰
在家庭和办公室中，霓虹灯可以作为装饰元素，提供柔和的照明和独特的氛围。[6]
汽车用霓虹灯
国际上流行着把霓虹灯作为汽车（一般是小轿车）的装饰的指示灯具，大多安装在汽车后挡风玻璃上，完成指示转向或刹车标志。由于它安装的水平高度，刚好落在后面司机的视线平面上，让后面汽车司机毫不费力地知道前面汽车的行驶状态。霓虹灯光彩的醒目标志和一目了然的位置，大大提高了汽车行驶的安全性。[6]
技术创新
随着LED技术的不断创新，LED霓虹灯的性能也在不断提升。未来的LED霓虹灯将更加节能环保，寿命更长，光效更高。此外，智能化、个性化的LED霓虹灯产品也会逐渐成为市场的主流趋势。[24]
市场需求增长
随着城市化进程的加快和消费者对个性化照明产品的需求增加，LED霓虹灯市场的需求会继续保持增长。特别是在商业照明领域，LED霓虹灯产品的应用会更加广泛。[24]
产业链完善
LED霓虹灯行业的产业链进一步完善，包括上游的芯片制造、中游的器件封装和下游的应用领域。同时，行业的标准化程度也会提高，有利于降低成本和提高产品质量。[24]
绿色环保
随着全球环保意识的提高，LED霓虹灯行业更加注重环保和节能。霓虹灯市场会出现更加环保、节能的LED霓虹灯产品和技术。[24]
参考资料 24
- How Neon Lights Work (A Simple Explanation) — thoughtco
- led霓虹灯使用过程中的独特优势有哪些？ — 上海耀海霓虹灯有限公司
- 湖州市科技馆云科普系列①③|辉光球 — 湖州市科技馆
- 科普 | 稀有气体的应用 — 洞察化学
- 趣谈：“高冷”的诺贝尔奖，离我们生活并不远 — 中国新闻网
- 参考 6
- 参考 7
- 参考 8
- 引领景观建设，灯光雕塑让城市更璀璨 — 人民网
- 参考 10
- 参考 11
- 参考 12
- 参考 13
- 参考 14
- 分享锂电池发展殊荣，三位科学家获得2019年诺贝尔化学奖 — m.toutiao.com
- 参考 16
- 霓虹灯的种类及特点 — 爱采购
- 霓虹灯照明技术参数 — 爱采购
- led霓虹灯 >什么是led霓虹灯 >led霓虹灯的优点 >led霓虹灯参数 — 九正建材网
- 霓虹灯自动化：现代技术提升灯光效率 — 爱采购
- 参考 21
- 霓虹灯的特点-霓虹灯的制作工艺 — 电子发烧友
- 云端看世界【21】｜霓虹灯艺术在空间的“另类对抗” — 艺术设计学院
- 中国LED霓虹灯行业市场规模及未来发展趋势--QYResearch — QYResearch