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 de la iluminación de neón , [1] que Georges Claude demostró por primera vez en una forma moderna en diciembre de 1910 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 aproximadamente entre los años 1920 y 1950. [3] Las instalaciones en Times Square , muchas de ellas diseñadas originalmente por Douglas Leigh , eran famosas y en 1940 había casi 2.000 pequeñas tiendas que producían letreros de neón. [4] [5] Además de la señalización, los artistas utilizan con frecuencia la iluminación de neón. y arquitectos , [4] [6] [7] y (en una forma modificada) en paneles de pantalla de plasma y televisores . [8] [9] La industria de la señalización ha disminuido en las últimas décadas y las ciudades ahora se preocupan por preservar y restaurar sus antiguos letreros de neón.
Se pueden formar conjuntos de diodos emisores de luz y cubrirlos con un difusor de luz para simular la apariencia de las lámparas de neón. [10]
El letrero de neón es una evolución del anterior tubo Geissler , [11] que es un tubo de vidrio sellado que contiene un gas "rarificado" (la presión del gas en el tubo está muy por debajo de la presión atmosférica ). Cuando se aplica voltaje a los electrodos insertados a través del vidrio, se produce una descarga eléctrica luminosa . Los tubos Geissler eran populares a finales del siglo XIX, [12] y los diferentes colores que emitían eran características de los gases que contenían. No eran adecuados para la iluminación general, ya que la presión del gas en el interior normalmente disminuía con el uso. El predecesor directo de la iluminación con tubos de neón fue el tubo de Moore , que utilizaba nitrógeno o dióxido de carbono como gas luminoso y un mecanismo patentado para mantener la presión. Los tubos 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 Geissler. [15] Travers escribió: "el resplandor de luz carmesí del tubo contaba su propia historia y era un espectáculo en el que reflexionar y nunca olvidar". [15] Tras el descubrimiento del neón, los tubos de neón se utilizaron como instrumentos y novedades científicas. [16] Es posible que se haya mostrado un letrero creado por Perley G. Nutting y que muestra la palabra "neón" 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 subproducto de su negocio de licuación de aire. [14] Del 3 al 18 de diciembre de 1910, Claude demostró dos tubos de neón de color rojo brillante de 12 metros (39 pies) de largo en el Salón del Automóvil de París . [2] [18] Esta manifestación 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 vermú Cinzano iluminaba el cielo nocturno de París, y en 1919 la entrada de la Ópera de París estaba adornada con tubos de neón. [4] Durante los siguientes años, se concedieron patentes a Claude para dos innovaciones que todavía se utilizan hoy en día: una técnica de "bombardeo" para eliminar impurezas del gas de trabajo de un letrero sellado, y un diseño para los electrodos internos del letrero que evitaba su degradación por chisporroteo. [14]
En 1923, Georges Claude y su empresa francesa Claude Neon introdujeron los letreros de gas de neón en los Estados Unidos [20] vendiendo dos a un concesionario de automóviles Packard en Los Ángeles . Earle C. Anthony compró los dos carteles que decían "Packard" por 1.250 dólares cada uno. [2] La iluminación de neón se convirtió rápidamente en un elemento popular en la publicidad exterior. Las señales, denominadas "fuego líquido", eran visibles a la luz del día; la gente se detenía y miraba. [21] Lo que puede ser el letrero de neón más antiguo que se conserva 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 gran innovación tecnológica en iluminación y señales de neón fue el desarrollo de revestimientos de tubos fluorescentes. [22] Jacques Risler recibió una patente francesa en 1926 para estos. [5] Los letreros de neón que utilizan una mezcla de gas argón y 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 los diseñadores de señales solo disponían de unos pocos colores, después de la Segunda Guerra Mundial se investigaron intensamente materiales de fósforo para su uso en televisores en color. En la década de 1960, los diseñadores de letreros de neón disponían de unas dos docenas de colores, y hoy en día hay casi 100 colores disponibles. [7]
De repente estábamos en el centro de Seattle y las luces explotaban a mi alrededor como cohetes el 4 de julio. Luces rojas, luces azules, luces amarillas, verdes, violetas, blancas, naranjas, perforaron la noche en un millón de lugares y destrozaron el pavimento satinado negro. Nunca antes había visto luces de neón. Habían sido inventados, o al menos puestos en uso común, mientras yo estaba en las montañas y en ese corto tiempo todo el aspecto del mundo había cambiado. En lugar de pequeñas bombillas regordetas que chisporroteaban con las letras Café o Teatro, había largas espirales de colores puros y brillantes. Un camarero, perfilado de rojo brillante y con una servilleta blanca resplandeciente sobre el brazo, aparecía y desaparecía sobre un gran café. Puget Sound Power and Light Company atravesó la lluvia y la oscuridad, azul brillante y alegre. Cafés, teatros, estancos, papelerías, oficinas inmobiliarias con sus nombres escritos en colores fundidos me dieron la bienvenida a la ciudad.
— Betty MacDonald , recordando 1931, Cualquiera puede hacer cualquier cosa
Los letreros de tubos de neón [23] [24] [25] [26] se producen doblando 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 barras rectas de vidrio hueco de 4 o 5 pies de largo que venden los proveedores de letreros a tiendas de neón en todo el mundo, donde se ensamblan manualmente en lámparas individuales diseñadas y fabricadas a medida.
Los más comúnmente utilizados son tubos con diámetros externos que oscilan entre 8 y 15 mm, con un espesor de pared de 1 mm, aunque actualmente se encuentran disponibles comercialmente tubos de 6 mm en tubos de vidrio coloreado. El tubo se calienta por secciones mediante varios tipos de quemadores que se seleccionan según la cantidad de vidrio a calentar en cada curva. Estos quemadores incluyen fuegos de cinta, de cañón o cruzados, así como una variedad de sopletes de gas. Los quemadores de cinta son tiras de fuego que hacen curvas graduales, mientras que los fuegos cruzados se utilizan para hacer curvas cerradas.
El interior de los tubos puede estar recubierto con una fina capa de polvo fosforescente, fijada 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 del gas o la luz de la capa de fósforo . Se pueden soldar a tope diferentes secciones de tubos recubiertos de fósforo utilizando sopletes para trabajar vidrio para formar un solo tubo de diferentes colores, para efectos tales como un letrero donde cada letra muestra una letra de color diferente dentro de una sola palabra.
"Neón" se utiliza para indicar el tipo general de lámpara, pero el gas neón es sólo uno de los tipos de gases tubulares utilizados principalmente en aplicaciones comerciales. El gas neón puro se utiliza para producir sólo alrededor de un tercio de los colores (principalmente tonos de rojo y naranja , y algunos tonos de rosa más cálidos o intensos ). La mayor cantidad de colores (incluidos todos los tonos de azul , amarillo , verde , violeta y blanco , así como algunos tonos de rosa más fríos o más suaves) se producen al llenar con otro gas inerte, argón y una gota de mercurio (Hg). que se añade al tubo inmediatamente después de la purificación. Cuando el tubo se ioniza mediante 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 distintos recubrimientos 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 que contienen mercurio son un tipo de lámparas fluorescentes de cátodo frío .
Cada tipo de tubo de neón produce dos colores posibles diferentes, uno con gas neón y el otro con argón/mercurio. Algunos tubos de "neón" se fabrican sin recubrimientos de fósforo para algunos de los colores. Los tubos transparentes llenos de gas neón producen el omnipresente color naranja amarillento con la columna de plasma interior claramente visible, y son los tubos más baratos y sencillos de fabricar. Los vidrios de neón tradicionales en Estados Unidos de más de 20 años son vidrio de plomo que es fácil de ablandar en incendios de gas, pero las recientes preocupaciones ambientales y de salud de los trabajadores han llevado 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 formando un punto negro que emite vapores de plomo en una llama curvada demasiado rica en mezcla de combustible y oxígeno. Otra línea tradicional de vasos eran los vasos de soda y lima de colores, disponibles en una gran variedad de opciones de colores de vidrio, que producen los tonos más hipnóticamente vibrantes y saturados de la más alta calidad. Se ofrecen aún más opciones de color, ya sea recubriendo o no estos vidrios de colores con los distintos fósforos exóticos disponibles.
Las luces de neón son excepcionalmente duraderas debido a sus colores vibrantes y a la capacidad de fabricar 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 menor diámetro producen una luz de neón más brillante, pero también tienen mayor resistencia. La razón principal del eventual fallo del tubo de neón es la lenta absorción del gas de 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 hogares, donde se les puede moldear para adaptarse a espacios reducidos y proporcionar años de iluminación.
Los fabricantes de letreros de neón doblan tubos de vidrio calentados , siguiendo cuidadosamente un patrón. Utilizan una manguera de soplado para mantener la forma del tubo y evitar el sobrecalentamiento de las secciones. Las curvas son complicadas y requieren un trabajo rápido antes de que el vidrio se endurezca. Los errores son dolorosos y potencialmente obligan a reiniciar. Los tubos se sueldan entre sí, se bombean para limpiarlos y se llenan con mercurio. Cualquier error después del llenado significa desecharlo todo, ya que los vapores de mercurio son peligrosos. Los tubos completos se conectan en serie, con aislamiento adecuado para evitar daños.
Un electrodo de cátodo frío se funde (o suelda ) a cada extremo del tubo a medida que se termina. Los electrodos huecos también son tradicionalmente de vidrio de 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 letrero. Todas las soldaduras y sellos deben ser a prueba de fugas en alto vacío antes de continuar.
El tubo está conectado a un colector que luego se conecta a una bomba de vacío de alta calidad . Luego se evacua el aire del tubo 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 derretir el tubo de vidrio. La corriente de bombardeo la proporciona un gran transformador con un voltaje de circuito abierto de aproximadamente 15.000 VCA a 23.000 VCA. 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. Normalmente, el operador mantendrá la presión tan alta como lo permita el bombardero para garantizar la máxima disipación de energía y calentamiento. Los transformadores de bombardeo pueden fabricarse especialmente para este uso, o pueden ser transformadores de distribución de servicios eléctricos reutilizados (del tipo que se ve montado en postes de servicios públicos) operados 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 la bomba de vacío aspira la suciedad y las impurezas del interior en forma gasificada. Las mayores impurezas que se eliminan de esta manera son los gases que recubren la pared interior del tubo mediante 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 de color 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 baja función de trabajo de cátodo frío (normalmente una mezcla de polvo cerámico molar de punto eutéctico que incluye BaCO2 ). ), combinado con otros óxidos alcalinotérreos, que se reduce a BaO 2 cuando se calienta a aproximadamente 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 una función de trabajo de 4,0 eV. Esto representa la caída del cátodo o la energía de los electrones necesaria para eliminar electrones de la superficie del cátodo. Esto evita la necesidad de utilizar un cátodo termoeléctrico de hilo caliente como el que se utiliza en las lámparas fluorescentes convencionales. Y por esa razón, los tubos de neón tienen una vida extremadamente larga cuando se procesan adecuadamente, a diferencia de los tubos fluorescentes, porque no hay ningún filamento de alambre como en un tubo fluorescente que pueda quemarse como una bombilla común. El propósito 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, que quemaría rápidamente los cátodos metálicos y las gotas de mercurio (si se bombean con argón/mercurio) y oxidaría los gases interiores y provocaría una falla inmediata del tubo. Cuanto más exhaustiva sea la purificación del tubo, más duradero y estable será el tubo en funcionamiento real. Una vez que estos gases e impurezas se liberan mediante bombardeo previo al llenado en el interior del tubo, la bomba los evacua rápidamente.
Mientras todavía está conectado al colector, se deja que el tubo se enfríe mientras se bombea hasta la presión más baja que el sistema puede alcanzar. Luego se llena a baja presión de unos pocos torrs (milímetros de mercurio) con uno de los gases nobles , o una mezcla de ellos, y a veces con 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) hasta 27 Torr (3,6 kPa) (para un tubo corto). Tubo de 8 mm de diámetro lleno de neón puro). El neón o el argón son los gases más utilizados; Los artistas utilizan el criptón , el xenón y el helio para fines especiales, pero no se utilizan 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 energía), calentando el tubo a la temperatura de funcionamiento más rápidamente. El neón brilla de color rojo brillante o naranja rojizo cuando se enciende. Cuando se utiliza argón o argón/helio, se añade una pequeña gota de mercurio . El argón por sí solo tiene un color 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 terminados de argón/mercurio brillen con una variedad de colores brillantes cuando el interior del tubo se ha recubierto con fósforos sensibles a los rayos ultravioleta después de doblarlos para darles forma.
También se ha utilizado una forma alternativa de procesar tubos de neón terminados. Debido a que el único propósito del bombardeo por medios eléctricos es purificar el interior de los tubos, también es posible producir un tubo calentando el tubo externamente con un soplete o con un horno, mientras se calienta el electrodo con un calentamiento por inducción de radiofrecuencia ( RFIH) bobina. 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, hasta 6 mm de diámetro externo. El tubo se calienta completamente bajo alto vacío sin aplicación eléctrica externa, hasta que se pueda observar que los gases desgasificados se han agotado por completo y la presión vuelve a caer a un alto vacío. Luego se llena el tubo, se sella y se deja caer el mercurio y se agita.
Las piezas de vidrio terminadas se iluminan mediante un transformador de letrero de neón o una fuente de alimentación de modo conmutado , que generalmente funciona con voltajes que oscilan entre 2 y 15 kV y corrientes entre 18 y 30 mA (corrientes más altas disponibles bajo pedido especial) . Las 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 necesario para producir la corriente fija necesaria. La caída de voltaje de un tubo es proporcional a la longitud, por lo que el voltaje máximo y la longitud del tubo alimentado desde un transformador determinado son limitados. Generalmente, el voltaje cargado cae a aproximadamente 800 VCA a plena corriente. La corriente de cortocircuito es aproximadamente la misma. [27]
Se utilizan transformadores inversor-convertidores compactos de alta frecuencia desarrollados a principios de la década de 1990, especialmente cuando se necesita una baja interferencia de radiofrecuencia (RFI), como en ubicaciones cercanas 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 reencender el plasma en cada ciclo, a diferencia del caso 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 se usa 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 resistir la corriente, y es mucho más probable que una descarga accidental de un transformador de 120 mA sea fatal que la de los suministros de corriente más bajos.
La eficiencia de la iluminación de neón oscila entre la de las luces incandescentes ordinarias y la de las lámparas fluorescentes , según el color. 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 resultan de recubrimientos internos de fósforo . [28]
Se puede utilizar una pintura especial para vidrio, negra o gris, altamente opaca, para "oscurecer" partes de un tubo, como entre las letras de una palabra. En la mayoría de los carteles de bajo precio producidos en masa hoy en día, los tubos de vidrio transparente se recubren con pintura translúcida para producir luz de color. De este modo se pueden producir varios colores diferentes de forma económica a partir de un único tubo incandescente. Con el tiempo, las temperaturas elevadas, los ciclos térmicos o la exposición a la intemperie pueden hacer que la capa coloreada se desprenda del vidrio o cambie su tono. Una alternativa más cara es utilizar tubos de vidrio coloreado 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 publicidad y señalización comercial . Al programar secuencias de encendido y apagado de piezas, existen muchas posibilidades para patrones de luz dinámicos que forman imágenes animadas .
En algunas aplicaciones, los tubos de neón se reemplazan cada vez más por LED , dado el avance constante en la luminosidad de los LED [29] y el costo cada vez menor 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 invocar la nostalgia de los años 40 o 50 en el marketing y en la restauración histórica de monumentos arquitectónicos de la era del neón. La arquitectura de la era moderna y estilizada a menudo utilizaba neón para acentuar el vidrio pigmentado estructural integrado en 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 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.
Las pantallas de plasma están estrechamente relacionadas con las simples lámparas de neón.