河南理工大学毕业设计（论文）说明书

1 前言

1.1 课题背景

1.1.1 霓虹灯的发展历史

霓虹灯是最古老和最具生命力的气体放电光源。霓虹灯是由英

文“氖灯”，即“NEON SIGN”得来的，“霓虹”两字实际上是“NEON”的译音，而现在人们已经把“霓虹灯”当作专用词运用了。霓虹灯是电光源产品的一个分支，属冷阴极辉光放电光源。在早期制作的霓虹灯内充入的稀有气体是氖（NEON），因此NEON LAMP按意译可译为氖气灯，按音译可译为霓虹灯。而音译过来的霓红（NEON）一词，正是汉语彩虹的意思，恰好霓虹灯充入稀有气体如氦、氖、氩、氪、氙以后所发出的绚丽光色，正如天上彩虹般艳丽，因此霓虹灯的叫法就在我国一直沿用下来，而未赋予它按电光源产品命名法所应具有的分类名称。

霓虹灯的发展可以追溯到英国物理学家和化学家法拉第对气体放电的研究，电流通过含有少量正负离子的气体时，受紫外线、宇宙射线、微量放射物质的作用，在足够高的外加电压作用下运动，并与中性气体分子碰撞后，使中性分子发生电离，因而离子的数目倍增。电流通过气体时还伴有发光现象，即所谓的辉光放电。其发光的颜色随所充气体的不同而不同。法拉第的理论及其在实验上的成就，为霓虹灯技术的发展奠定了坚实的基础。

霓虹灯始源于法国。1910年法国科学家克洛德制成了世界上第一支商业性霓虹灯，用于巴黎的皇宫大厦作装饰照明，引起了极大的轰动并获得成功。从此克洛德一直潜心于扩大霓虹灯适用性和应用性的研究，其间由于第一次世界大战的爆发，使克洛德的研究工作进展缓慢曾一度中断，直到1915年克洛德才正式获得霓虹灯发明

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专利权。为了拓展市场，克洛德派出他的公共关系雇员林登伯格遍访欧美国家，使霓虹灯作为机场跑道安全降落批指示光源在美国首获成功。林登伯格大力宣传霓虹灯的优越性，拓宽霓虹灯的用途，使霓虹灯很快就成为一种有效的商业广告媒介，并得到社会的普遍承认和欢迎，在本世纪20年代在世界各国得到迅速发展。当时所用的灯体玻管的直径为45毫米，先将玻璃管弯制成所需的文字或图案，然后再用1只电压为1万多伏的变压器供电，使之发光。当时，灯管两端电极采用石墨制成，内部充入氮气或二氧化碳气体，前者会发红光，后者发白光。由于这两种气体较活泼，很容易和石墨电极起化学反应，阴极溅散出的石墨很快在玻璃管内壁形成黑色薄膜层，并大量吸收充入灯管内的气体，使灯管的充气压力很快下降，致使霓虹灯的寿命很短。当时为了解决这个问题，特在霓虹灯管上加1个特殊的电磁阀门，并在霓虹灯使用一段时间以后再往灯内重新补充一定量的气体，但这样做并未能在根本上克服上述缺陷。因此，这种灯不仅寿命短、制作工艺复杂，而且造价昂贵，很难普及。

从1910年第一支商品霓虹灯问世以后的二十余年间，世界各国生产霓虹灯在原理、材料、工艺、设备各方面都大致相同，其中最大的一个特点都是采用透明无色玻璃管制作霓虹灯，所以我们把它视作霓虹灯发展史上的一个阶段。这种用透明玻管制作的霓虹灯主要利用辉光作光源，也就是说霓虹灯管的颜色是由充入的气体成分和压力决定的。因此，掌握各种气体在辉光放电过程中的颜色特征是至关重要的。

在1907年至1910年期间，科学家克洛德和林德发明了液态空气分馏。利用这一发明，在霓虹灯内充入一定的惰性气体，这样就明显减缓了气体在灯管内部的消耗速度，颜色也丰富了，可产生红、绿、蓝、黄等颜色。第二次世界大战前夕，光致发光的材料被研制出来了。这种材料不仅能发出各种颜色的光，而且发光效率也高，

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我们称之为荧光粉。荧光粉被应用在霓虹灯制作中后，霓虹灯的亮度不仅有了明显提高，而且灯管的颜色也更加鲜艳夺目，变化多端，同时也简化了制灯的工艺。故在第二世界大战结束后，霓虹灯得到了迅猛的发展。

本世纪30年代中期发明了荧光粉，从此进入了用荧光粉管制作霓虹灯的新时期，结束了用透明无色玻管制作霓虹灯的一统局面，开创了霓虹灯发展史上的又一里程碑。用透明玻璃管制成的霓虹灯有不少缺陷，一是色彩不够丰富；二是某些色彩的填充气价格昂贵；三是涂敷透明玻管漆的方法会降低霓虹灯的光效；四是去气、充气工艺比较复杂。采用荧光粉管制成的霓虹灯，克服了上述缺点，颜色极大丰富，光效也有很大提高，给广泛创造了条件。

制作荧光粉管家霓虹灯采用的是短波紫外线激发的荧光粉，诸如钨酸盐、硼酸盐、硅酸盐、磷酸盐荧光粉。它的发光机理为：由低气压汞放电产生253.7nm紫外线激发各类不同的芝光粉，可以获得数十种色彩的霓虹灯，大大提高了霓虹灯的商业价值。

近年来发展起来的三基色荧光粉应用于霓虹灯，大大提高发霓虹灯的光效。还可根据混色原理，采用不同的三基色荥光粉配比，通过理论计算与实验方法，可得到不同色温的白光及不同色彩的霓虹灯光色。

霓虹灯在我国的第一次出现是1926年在上海最繁华的商业街---南京东路上的伊文思图书公司橱窗内陈列的英文“皇家牌”打字机霓虹灯广告。1927年由上海远东化学制造厂---我国第一家霓虹灯制造厂为上海中央大旅社制作安装的中英文对照的霓虹灯招牌。1930年自制成功霓虹灯电源变压器；1945年制成荧光粉；1951年试制出氩、氖等惰性气体，从此实现了霓虹灯用全部原料、器件的国产霓虹灯的兴旺发展总是和国家的兴旺繁荣联系在一起，同步出现的。90年代在上海南京路已建成了一条霓虹灯十里长街；南京市和

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上海闸北区都在实施不夜城计划；大连市金州开发区为改善投资环境，通过举办全国霓虹灯大奖赛建成了一座五彩城。如今天津、重庆、深州等大小城市也建成了以霓虹灯为主体装饰照明的商业、旅游城。

1.1.2 霓虹灯的特点

霓虹灯自十九世纪初出现以来，经历了近两百年发展过程。今天，虽然用于街头广告媒体手段很多，但霓虹灯以其独特的视觉效果，仍然占有较大比重。霓虹灯以它斑斓夺目的色彩、生动逼真的形态、耀眼夺目的照明为夜间城市的购物中心招徕顾客、文化娱乐中心吸引游客营造气氛，给夜间城市的购物活动带来方便，给文化娱乐活动增添情趣。霓虹灯营造了夜间城市的绚丽多姿和繁华，它已成为现代城市商业繁荣的标志之一。虽然霓虹灯在原理上仅仅是一种简单的冷阴极辉光放电管，但在经济繁荣、科学技术发展的进程中，不仅没有被淘汰，反而日益兴旺。霓虹灯厂盛不衰的原因 不外乎有以下几点:

(1)霓虹灯能节约能源，它的发光效率明显优于普通白炽灯，甚至在某些光色的比较上，它可比白炽灯节电5倍以上。

(2)霓虹灯表现力丰富，它儿乎可以加工成任意形状来满足设计上的要求，无论点、线、面的造型都独具魅力，这是电光源领域中任何其它种类的光源所难以比拟的。

(3)霓虹灯的色彩缤纷、绚丽多姿又是它的特色，随着近代科学的发展，研制成功三基色稀土荧光粉产品，根据色度学的三基色混光原理，人们几乎可以得到能辐射任何色彩要求的荧光粉来满足各种色彩的霓虹灯的要求。

(4)霓虹灯还可以通过电子电路的控制，形成变幻色彩的图案和文字，强烈的动感还能产生很强的表现力，吸引人们的视觉效应。

(5)霓虹灯的辐射光谱具有极强的穿透大气的能力，即使人们站

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