En la industria de la señalización , los letreros de neón son letreros eléctricos iluminados por largos tubos luminosos de descarga de gas que contienen neón enrarecido u otros gases. Son el uso más común para la iluminación de neón , [1] que fue demostrada por primera vez en una forma moderna en diciembre de 1910 por Georges Claude en el Salón del Automóvil de París . [2] Si bien se utilizan en todo el mundo, los letreros de neón fueron populares en los Estados Unidos desde aproximadamente la década de 1920 hasta la de 1950. [3] Las instalaciones en Times Square , muchas originalmente diseñadas por Douglas Leigh , eran famosas, y había casi 2000 pequeñas tiendas que producían letreros de neón en 1940. [4] [5] Además de la señalización, la iluminación de neón es utilizada con frecuencia por artistas y arquitectos , [4] [6] [7] y (en una forma modificada) en paneles de visualización de plasma y televisores . [8] [9] La industria de la señalización ha declinado en las últimas décadas, y las ciudades ahora están preocupadas por preservar y restaurar sus letreros de neón antiguos.
Se pueden formar matrices de diodos emisores de luz y cubrirlas con un difusor de luz para simular la apariencia de lámparas de neón. [10]
El letrero de neón es una evolución del anterior tubo de Geissler , [11] que es un tubo de vidrio sellado que contiene un gas "enrarecido" (la presión del gas en el tubo está muy por debajo de la presión atmosférica ). Cuando se aplica un voltaje a los electrodos insertados a través del vidrio, se produce una descarga eléctrica luminiscente . Los tubos de Geissler fueron populares a fines del siglo XIX, [12] y los diferentes colores que emitían eran características de los gases en su interior. No eran adecuados para la iluminación general, ya que la presión del gas en su interior generalmente disminuía con el uso. El predecesor directo de la iluminación con tubos de neón fue el tubo de Moore , que usaba nitrógeno o dióxido de carbono como gas luminoso y un mecanismo patentado para mantener la presión. Los tubos de Moore se vendieron para iluminación comercial durante varios años a principios del siglo XX. [13] [14]
El descubrimiento del neón en 1898 por los científicos británicos William Ramsay y Morris W. Travers incluyó la observación de un resplandor rojo brillante en los tubos de Geissler. [15] Travers escribió: "el resplandor de luz carmesí del tubo contaba su propia historia y era un espectáculo para reflexionar y nunca olvidar". [15] Después del descubrimiento del neón, los tubos de neón se utilizaron como instrumentos científicos y novedades. [16] Es posible que un cartel creado por Perley G. Nutting y que mostrara la palabra "neón" se haya exhibido en la Exposición de Compra de Luisiana de 1904, aunque esta afirmación ha sido cuestionada; [17] en cualquier caso, la escasez de neón habría impedido el desarrollo de un producto de iluminación. Después de 1902, la empresa de Georges Claude en Francia, Air Liquide , comenzó a producir cantidades industriales de neón, esencialmente como un subproducto de su negocio de licuefacción de aire. [14] Del 3 al 18 de diciembre de 1910, Claude hizo una demostración de dos tubos de neón rojo brillante de 12 metros de largo en el Salón del Automóvil de París . [2] [18] Esta demostración iluminó un peristilo del Grand Palais (una gran sala de exposiciones). [19] El socio de Claude, Jacques Fonsèque, se dio cuenta de las posibilidades de un negocio basado en la señalización y la publicidad. En 1913, un gran cartel del vermut Cinzano iluminó el cielo nocturno de París, y en 1919 la entrada a la Ópera de París estaba adornada con iluminación de tubos de neón. [4] Durante los siguientes años, se le otorgaron patentes a Claude para dos innovaciones que todavía se utilizan hoy en día: una técnica de "bombardeo" para eliminar las impurezas del gas de trabajo de un cartel sellado y un diseño para los electrodos internos del cartel que impedía su degradación por pulverización catódica. [14]
En 1923, Georges Claude y su compañía francesa Claude Neon introdujeron los letreros de neón a gas en los Estados Unidos [20] al vender dos a un concesionario de automóviles Packard en Los Ángeles . Earle C. Anthony compró los dos letreros que decían "Packard" por $1,250 cada uno. [2] La iluminación de neón rápidamente se convirtió en un elemento popular en la publicidad exterior. Los letreros, llamados "fuego líquido", eran visibles a la luz del día; la gente se detenía y miraba. [21] Lo que puede ser el letrero de neón sobreviviente más antiguo en los Estados Unidos, todavía en uso para su propósito original, es el letrero "Theatre" (1929) en el Lake Worth Playhouse en Lake Worth Beach, Florida .
La siguiente innovación tecnológica importante en la iluminación y los letreros de neón fue el desarrollo de revestimientos para tubos fluorescentes. [22] Jacques Risler recibió una patente francesa en 1926 por estos. [5] Los letreros de neón que utilizan una mezcla de gas argón/mercurio emiten una gran cantidad de luz ultravioleta . Cuando esta luz es absorbida por un revestimiento fluorescente, preferiblemente dentro del tubo, el revestimiento (llamado "fósforo") brilla con su propio color. Si bien inicialmente solo había unos pocos colores disponibles para los diseñadores de letreros, después de la Segunda Guerra Mundial , se investigaron intensamente los materiales de fósforo para su uso en televisores en color. Alrededor de dos docenas de colores estaban disponibles para los diseñadores de letreros de neón en la década de 1960, y hoy hay casi 100 colores disponibles. [7]
De repente estábamos en el centro de Seattle y las luces estallaban a mi alrededor como cohetes el 4 de julio. Luces rojas, azules, amarillas, verdes, violetas, blancas, naranjas perforaban la noche en un millón de lugares y destrozaban el pavimento de satén negro. Nunca había visto luces de neón. Las habían inventado, o al menos se habían puesto en uso común, mientras yo estaba en las montañas y en ese breve tiempo todo el aspecto del mundo había cambiado. En lugar de pequeñas bombillas rechonchas que deletreaban Café o Teatro, había largas espirales de colores brillantes. Un camarero con una silueta roja brillante y una servilleta blanca resplandeciente sobre el brazo se encendía y apagaba sobre un gran Café. La Puget Sound Power and Light Company atravesaba la lluvia y la oscuridad, azul brillante y alegre. Cafés, teatros, tabaquerías, papelerías, oficinas inmobiliarias con sus nombres escritos en color fundido me dieron la bienvenida a la ciudad.
— Betty MacDonald , recordando 1931, Cualquiera puede hacer cualquier cosa
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Los letreros de neón [23] [24] [25] [26] se producen mediante el proceso artesanal de doblar tubos de vidrio para darles formas. Un trabajador experto en este oficio se conoce como doblador de vidrio, doblador de neón o doblador de tubos. El tubo de neón está hecho de varillas rectas de vidrio hueco de 4 o 5 pies de largo que los proveedores de letreros venden a tiendas de neón de todo el mundo, donde se ensamblan manualmente para formar lámparas individuales diseñadas y fabricadas a medida.
Los tubos con diámetros externos que van desde aproximadamente 8 a 15 mm con un espesor de pared de 1 mm son los más utilizados, aunque ahora se encuentran disponibles comercialmente tubos de 6 mm en tubos de vidrio coloreado. El tubo se calienta en secciones utilizando varios tipos de quemadores que se seleccionan de acuerdo con la cantidad de vidrio que se va a calentar para cada curva. Estos quemadores incluyen quemadores de cinta, de cañón o de fuego cruzado, así como una variedad de sopletes de gas. Los quemadores de cinta son franjas de fuego que hacen las curvas graduales, mientras que los de fuego cruzado se utilizan para hacer curvas cerradas.
El interior de los tubos puede estar recubierto con una fina capa de polvo fosforescente, adherida a la pared interior del tubo mediante un material aglutinante. El tubo se llena con una mezcla de gases purificados y el gas se ioniza mediante un alto voltaje aplicado entre los extremos del tubo sellado a través de cátodos fríos soldados a los extremos. El color de la luz emitida por el tubo puede ser simplemente el que proviene del gas o la luz de la capa de fósforo . Diferentes secciones de tubos recubiertos de fósforo pueden soldarse a tope entre sí utilizando sopletes para trabajar el vidrio para formar un solo tubo de diferentes colores, para efectos como un letrero donde cada letra muestra una letra de un color diferente dentro de una sola palabra.
El término "neón" se utiliza para designar el tipo general de lámpara, pero el gas neón es sólo uno de los tipos de gases de tubo que se utilizan principalmente en aplicaciones comerciales. El gas neón puro se utiliza para producir sólo alrededor de un tercio de los colores (en su mayoría tonos de rojo y naranja , y algunos tonos más cálidos o más intensos de rosa ). La mayor cantidad de colores (incluidos todos los tonos de azul , amarillo , verde , violeta y blanco , así como algunos tonos más fríos o suaves de rosa) se producen al llenar el tubo con otro gas inerte, argón, y una gota de mercurio (Hg) que se agrega inmediatamente después de la purificación. Cuando el tubo se ioniza por electrificación, el mercurio se evapora en vapor de mercurio, que llena el tubo y produce una fuerte luz ultravioleta. La luz ultravioleta así producida excita los diversos revestimientos de fósforo diseñados para producir diferentes colores. Aunque esta clase de tubos de neón no utiliza neón en absoluto, todavía se los denomina "neón". Las lámparas de mercurio son un tipo de lámparas fluorescentes de cátodo frío .
Cada tipo de tubo de neón produce dos colores diferentes posibles, uno con gas neón y el otro con argón/mercurio. Algunos tubos de "neón" se fabrican sin revestimientos de fósforo para algunos de los colores. El tubo transparente lleno de gas neón produce el omnipresente color naranja amarillento con la columna de plasma interior claramente visible, y es el tubo más barato y sencillo de fabricar. Los vasos de neón tradicionales en Estados Unidos, con más de 20 años de antigüedad, son de vidrio de plomo que se ablanda fácilmente en los incendios de gas, pero las recientes preocupaciones medioambientales y de salud de los trabajadores han impulsado a los fabricantes a buscar fórmulas especiales de vidrio blando más seguras para el medio ambiente. Uno de los problemas molestos que se evitan de esta manera es la tendencia del vidrio de plomo a quemarse en un punto negro que emite humos de plomo en una llama curvada demasiado rica en la mezcla de combustible/oxígeno. Otra línea tradicional de vasos eran los vasos de cal sódica de colores que venían en una gran variedad de opciones de colores de vidrio, que producen los tonos más vibrantes y saturados de la más alta calidad. Se ofrecen aún más opciones de color, ya sea recubriendo o no estos vasos de colores con los diversos fósforos exóticos disponibles.
Las luces de neón son excepcionalmente duraderas debido a sus colores vibrantes y la capacidad de crear tubos que funcionan durante décadas . Esta longevidad es crucial para su viabilidad económica, dado el proceso de creación que requiere mucha mano de obra. Curiosamente, los tubos de diámetro más pequeño producen una luz de neón más brillante, pero también tienen una mayor resistencia. La razón principal de la falla final de los tubos de neón es la lenta absorción del gas neón en las paredes de vidrio, pero incluso este proceso puede tardar más de 50 años. Esta vida útil prolongada hace que las luces de neón sean ideales para la iluminación arquitectónica en los hogares, donde se pueden moldear para adaptarse a espacios reducidos y brindar años de iluminación.
Los fabricantes de letreros de neón doblan los tubos de vidrio calentados , siguiendo cuidadosamente un patrón. Utilizan una manguera de soplado para mantener la forma del tubo y evitar que se sobrecalienten las secciones. Las curvas son complicadas y requieren un trabajo rápido antes de que el vidrio se endurezca. Los errores son un fastidio y pueden obligar a volver a empezar. Los tubos se sueldan entre sí, se bombean para limpiarlos y se llenan con mercurio. Cualquier error después del llenado significa desechar todo, ya que los vapores de mercurio son peligrosos. Los tubos terminados se conectan en serie, con el aislamiento adecuado para evitar daños.
Se funde (o se suelda ) un electrodo de cátodo frío en cada extremo del tubo a medida que se termina. Los electrodos huecos también suelen ser de vidrio con plomo y contienen una pequeña carcasa de metal con dos cables que sobresalen a través del vidrio al que luego se conectará el cableado del cartel. Todas las soldaduras y los sellos deben ser a prueba de fugas al alto vacío antes de continuar.
El tubo se conecta a un colector que, a su vez, se conecta a una bomba de vacío de alta calidad . A continuación, se vacía el tubo de aire hasta que alcanza un nivel de vacío de unos pocos torr . La evacuación se detiene y se fuerza una corriente alta a través del aire a baja presión en el tubo a través de los electrodos (en un proceso conocido como "bombardeo"). Esta corriente y voltaje están muy por encima del nivel que se produce en el funcionamiento final del tubo. La corriente depende de los electrodos específicos utilizados y del diámetro del tubo, pero normalmente está en el rango de 150 mA a 1500 mA, comenzando baja y aumentando hacia el final del proceso para garantizar que los electrodos se calienten adecuadamente sin fundir el tubo de vidrio. La corriente de bombardeo la proporciona un gran transformador con un voltaje de circuito abierto de aproximadamente 15 000 V CA a 23 000 V CA. El transformador de bombardeo actúa como una fuente de corriente constante ajustable y el voltaje real durante el funcionamiento depende de la longitud y la presión del tubo. Por lo general, el operador mantendrá la presión tan alta como lo permita el bombardero para garantizar la máxima disipación de potencia y calentamiento. Los transformadores de bombardeo pueden estar fabricados especialmente para este uso o pueden ser transformadores de distribución de servicios eléctricos reutilizados (el tipo que se ve montado en postes de servicios públicos) que funcionan al revés para producir una salida de alto voltaje.
Esta disipación de potencia muy alta en el tubo calienta las paredes de vidrio a una temperatura de varios cientos de grados Celsius, y cualquier suciedad e impurezas en el interior se extraen en forma gasificada por la bomba de vacío. Las mayores impurezas que se eliminan de esta manera son los gases que recubren la pared interior del tubo por adsorción , principalmente oxígeno, dióxido de carbono y especialmente vapor de agua. La corriente también calienta el metal del electrodo a más de 600 °C, produciendo un color incandescente naranja brillante. Los cátodos son carcasas metálicas huecas prefabricadas con una pequeña abertura (a veces una abertura de rosquilla de cerámica) que contiene en la superficie interior de la carcasa una ligera capa de polvo de cátodo frío de baja función de trabajo (normalmente una mezcla de puntos eutécticos molares de cerámica en polvo que incluye BaCO 2 ), combinado con otros óxidos alcalinotérreos, que se reduce a BaO 2 cuando se calienta a unos 500 grados F y reduce la función de trabajo del electrodo para la emisión catódica. El óxido de bario tiene una función de trabajo de aproximadamente 2 eV, mientras que el tungsteno a temperatura ambiente tiene un trabajo de 4,0 eV. Esto representa la gota de cátodo o la energía de los electrones necesaria para eliminar los electrones de la superficie del cátodo. Esto evita la necesidad de utilizar un cátodo termoeléctrico de alambre caliente como el que se utiliza en las lámparas fluorescentes convencionales. Y por esa razón, los tubos de neón tienen una vida útil extremadamente larga cuando se procesan correctamente, en contraste con los tubos fluorescentes, porque no hay filamento de alambre como el que hay en un tubo fluorescente que se queme como una bombilla común. El objetivo principal de hacer esto es purificar el interior del tubo antes de sellar el tubo para que cuando se opere, estos gases e impurezas no sean expulsados y liberados por el plasma y el calor generado en el tubo sellado, lo que quemaría rápidamente los cátodos de metal y las gotas de mercurio (si se bombea con argón/mercurio) y oxidaría los gases interiores y causaría una falla inmediata del tubo. Cuanto más completa sea la purificación del tubo, más duradero y estable será el tubo en funcionamiento real. Una vez que estos gases e impurezas se liberan bajo el bombardeo previo al llenado en el interior del tubo, son evacuados rápidamente por la bomba.
Mientras todavía está conectado al colector, el tubo se deja enfriar mientras se bombea hasta la presión más baja que el sistema puede alcanzar. Luego se llena a una presión baja de unos pocos torrs (milímetros de mercurio) con uno de los gases nobles , o una mezcla de ellos, y a veces una pequeña cantidad de mercurio. Esta presión de llenado de gas representa aproximadamente 1/100 de la presión de la atmósfera. La presión requerida depende del gas utilizado y del diámetro del tubo, con valores óptimos que van desde 6 Torr (0,8 kPa) (para un tubo largo de 20 mm lleno de argón/mercurio) a 27 Torr (3,6 kPa) (para un tubo corto de 8 mm de diámetro lleno de neón puro). El neón o el argón son los gases más comunes utilizados; el criptón , el xenón y el helio son utilizados por los artistas para fines especiales, pero no se usan solos en los carteles normales. A menudo se utiliza una combinación premezclada de argón y helio en lugar de argón puro cuando se va a instalar un tubo en un clima frío, ya que el helio aumenta la caída de voltaje (y, por lo tanto, la disipación de potencia), calentando el tubo a la temperatura de funcionamiento más rápido. El neón brilla de un rojo brillante o naranja rojizo cuando se enciende. Cuando se utiliza argón o argón/helio, se agrega una pequeña gota de mercurio . El argón por sí solo es de un lavanda pálido muy tenue cuando se enciende, pero la gota de mercurio llena el tubo con vapor de mercurio cuando se sella, que luego emite luz ultravioleta al electrificarse. Esta emisión ultravioleta permite que los tubos de argón/mercurio terminados brillen con una variedad de colores brillantes cuando el tubo ha sido recubierto en el interior con fósforos sensibles a los rayos ultravioleta después de doblarlo para darle forma.
También se ha utilizado una forma alternativa de procesar los tubos de neón terminados. Dado que el único propósito del bombardeo por medios eléctricos es purificar el interior de los tubos, también es posible producir un tubo calentándolo externamente, ya sea con un soplete o con un horno, mientras se calienta el electrodo con una bobina de calentamiento por inducción de radiofrecuencia (RFIH). Si bien esto es menos productivo, crea un tubo personalizado más limpio con significativamente menos daño al cátodo, mayor vida útil y brillo, y puede producir tubos de tamaños y diámetros muy pequeños, de hasta 6 mm de diámetro exterior. El tubo se calienta completamente al alto vacío sin aplicación eléctrica externa, hasta que se puede ver que los gases desgasificados se han agotado por completo y la presión cae a un alto vacío nuevamente. Luego, el tubo se llena, se sella y se deja caer el mercurio y se agita.
Las piezas de vidrio terminadas se iluminan mediante un transformador de neón o una fuente de alimentación conmutada , que generalmente funciona con voltajes que varían entre 2 y 15 kV y corrientes entre 18 y 30 mA (corrientes más altas disponibles bajo pedido especial). [27] Estas fuentes de alimentación funcionan como fuentes de corriente constante (una fuente de alto voltaje con una impedancia interna muy alta), ya que el tubo tiene una impedancia eléctrica característica negativa . Todavía se utilizan tablas de tubos estándar establecidas en los primeros días del neón que especifican las presiones de llenado de gas, ya sea en Ne o Hg/Ar, en función de la longitud del tubo en pies, el diámetro del tubo y el voltaje del transformador.
El transformador de neón tradicional estándar, un transformador de derivación magnética, es un tipo especial no lineal diseñado para mantener el voltaje a través del tubo elevado al nivel que sea necesario para producir la corriente fija requerida. La caída de voltaje de un tubo es proporcional a la longitud y, por lo tanto, el voltaje máximo y la longitud del tubo alimentado desde un transformador determinado son limitados. Generalmente, el voltaje cargado cae a aproximadamente 800 V CA a plena corriente. La corriente de cortocircuito es aproximadamente la misma. [27]
Los transformadores inversores-convertidores compactos de alta frecuencia desarrollados a principios de los años 90 se utilizan, especialmente cuando se necesita una baja interferencia de radiofrecuencia (RFI), como en lugares cercanos a equipos de sonido de alta fidelidad. A la frecuencia típica de estos transformadores de estado sólido, el tiempo de recombinación de iones y electrones del plasma es demasiado largo para extinguir y volver a encender el plasma en cada ciclo, a diferencia de lo que ocurre a la frecuencia de la línea eléctrica . El plasma no emite ruido de conmutación de alta frecuencia y permanece ionizado continuamente, quedando libre de ruido de radio.
La clasificación de corriente más común es 30 mA para uso general, y 60 mA para aplicaciones de alto brillo, como letras de canal o iluminación arquitectónica. Ocasionalmente, se ven fuentes de 120 mA en aplicaciones de iluminación, pero son poco comunes ya que se requieren electrodos especiales para soportar la corriente, y es mucho más probable que una descarga accidental de un transformador de 120 mA sea fatal que la de las fuentes de corriente más bajas.
La eficiencia de la iluminación de neón varía entre la de las luces incandescentes comunes y la de las lámparas fluorescentes , dependiendo del color. Sobre una base por vatio, las incandescentes producen de 10 a 20 lúmenes , mientras que las fluorescentes producen de 50 a 100 lúmenes. La eficiencia de la luz de neón varía desde 10 lúmenes por vatio para el rojo, hasta 60 lúmenes para el verde y el azul cuando estos colores son resultado de recubrimientos internos de fósforo . [28]
Se puede utilizar una pintura especial para vidrio de color negro o gris muy opaca para "oscurecer" partes de un tubo, como entre las letras de una palabra. En la mayoría de los carteles de bajo precio que se producen en masa en la actualidad, los tubos de vidrio transparente se recubren con pintura translúcida para producir luz de color. De esta manera, se pueden producir varios colores diferentes de forma económica a partir de un solo tubo luminoso. Con el tiempo, las temperaturas elevadas, los ciclos térmicos o la exposición a la intemperie pueden hacer que el revestimiento de color se desprenda del vidrio o cambie de tono. Una alternativa más cara es utilizar tubos de vidrio de color de alta calidad, que conservan una apariencia más estable a medida que envejecen.
Los tubos emisores de luz forman líneas de colores con las que se puede escribir un texto o dibujar una imagen, incluidas diversas decoraciones, especialmente en la publicidad y la señalización comercial . Mediante la programación de secuencias de encendido y apagado de piezas, existen muchas posibilidades de obtener patrones de luz dinámicos que forman imágenes animadas .
En algunas aplicaciones, los tubos de neón se están reemplazando cada vez más por LED , dado el avance constante en la luminosidad de los LED [29] y la disminución del costo de los LED de alto brillo. [30] Sin embargo, los defensores de la tecnología de neón sostienen que todavía tienen ventajas significativas sobre los LED. [31]
La iluminación de neón es valiosa para evocar la nostalgia de los años 1940 o 1950 en el marketing y en la restauración histórica de monumentos arquitectónicos de la era del neón. La arquitectura de la era modernista aerodinámica a menudo utilizaba neón para acentuar el vidrio pigmentado estructural incorporado a la fachada de una estructura de los años 1930 o 1940; muchos de estos edificios ahora califican para su inclusión en registros históricos como el Registro Nacional de Lugares Históricos de los EE. UU. si se mantiene fielmente su integridad histórica. [32]
El primer uso comercial fue en un salón del automóvil en París en diciembre de 1910.
están estrechamente relacionadas con la simple lámpara de neón.
![Un cartel de neón que dice "ABIERTO", popular entre las empresas estadounidenses desde mediados de la década de 1980.[33][34]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/fb/Neon_Open_Sign.jpg/1280px-Neon_Open_Sign.jpg)