「即將失傳的技藝」──霓虹燈

六月 20, 2017
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「人們說,霓虹燈總是在百老匯閃耀著」,不過,霓虹燈也正快速消逝中。如果說霓虹燈是二十世紀最先進的照明技術,那二十一世紀的新星大概就是LED了。雖然霓虹燈未來大概不會有更廣泛的應用,不過,它總會是復古美學的象徵,對玻璃工藝者來說,也是值得追溯的光輝歲月。
所以,到底什麼是霓虹燈呢? 其實,透過釋放能量來照亮氣體的概念比電的發明還要早。早期,人們曾發現如果搖晃氣壓計,裡頭的水銀就會發亮。十九世紀中葉,當發電機問世之後,科學家開始在密封的玻璃管中,為各式各樣的氣體通電。這種玻璃管稱為蓋斯勒管(geissler tubes),由德國物理學家Heinrich Geissler發明。
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這張蓋斯勒管彩色插圖摘自1869年出版的一本法國自然哲學書籍,描繪了管中五顏六色的奇異形狀。圖片標題為「稀薄空氣中的放電情形」(ELECTRIC DISCHARGE IN RAREFIED GASSES),引自維基百科。

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掃描自 1919年2月《Popular Science》期刊〈製作實驗用蓋斯勒管〉(How to Make an Experimental Geissler Tube)。你可以點擊圖片在Google Books上瀏覽。

1902年,法國工程師兼化學家Georges Claude首次讓電流通過密封管中的氖氣(neon,音近中文的霓虹,霓虹燈於焉誕生。1915年,Claude為霓虹燈申請了專利。1923年,美國第一支霓虹招牌由Claude創辦的Claude Neon公司為洛杉磯的Packard ​汽車經銷商設置。
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美國專利1,125,476號,由Georges Claude於1915年1月19日取得。

自製霓虹燈(摘錄自About.com網頁霓虹燈的歷史
霓虹燈可以用458呎長左右的玻璃管來製作。為了要將玻璃管塑形,我們要將玻璃管以加壓的燃燒氣體加熱。不同的國家或製造商會使用不同的玻璃,「軟」玻璃由鉛玻璃、鈉鈣玻璃或鋇玻璃等組成硼玻璃家族這類的「硬」玻璃也有人使用。依據玻璃的不同,所需溫度也不同,範圍大概落在華氏1600度~2200度(攝氏871度~1204度)以上,氣體火焰的溫度和燃料與比例都有關,丙烷大約是華氏3000度(攝氏1649度)左右。
請在玻璃管加熱前用銼刀畫記,加熱後切斷。接著,工匠會做出各種曲線和轉角的組合,塑形完成之後還需加工,每個國家的加工方式不同。在美國,加工過程被稱做「bombarding」(轟炸)。工匠會將部分空氣抽離、通上高壓電,讓玻璃管溫度達到華氏550度(攝氏288度),接著繼續將玻璃管中的空氣抽離至10-3真空,然後,將氬氣或氖氣回充到特定的氣壓值(依管徑調整),如果使用的是氬氣,還需注入約1040微升的水銀,依管長與當地氣候做調整。
氖氣產生出的光是紅色的,即使在一般大氣壓力下,氖氣也會綻放耀眼的紅色光芒。現今的霓虹燈有超過150種顏色可以選擇,除了紅色外,其他顏色基本上都是用氬氣、水銀或磷產生。所謂的霓虹燈管其實包含任何以氣體充滿的燈管。依照發現的順序,有藍色(水銀)、白色(二氧化碳)、金色(氦氣)與紅色(氖氣),有些也會使用上磷的燈管,顏色就更多元了。水銀光源有豐富的紫外光頻段波,能激發燈管內的磷,使其發光。磷則幾乎可以帶來任何柔和的顏色。
你也可以參考New York Magazine的 霓虹燈簡史   (有一天,幾位科學家將電流通過密封的玻璃管。後來有一天,美國紐約就亮起了照亮東河河畔的百事可樂霓虹燈了,過程差不多就是這樣。)
來自美國紐奧良的霓虹燈藝術家Eric Ehlenberger也建立了一個網站,談及他用霓虹燈做雕塑的技術細節,網站上有影片、也有照片(可往下拉至「Technical Information section」段落),我們在此引用一小段關於變壓器的段落:
霓虹燈管中的氣體被高能電子「激發」後會發亮。這個光來自電子的互相撞擊,道理如同天上的閃電。在過程中,變壓器的角色就是將110V60Hz(牆壁上正常交流電插座規格)或12V直流電(電池提供的電流)轉為更高能的形式。
霓虹燈最常用的變壓器有兩種。老式的變壓器很重、很大,會用在酒吧的啤酒掛飾上。這種變壓器會將高壓、低頻的電流通過燈管,燈亮的時候會有聲響,還會干擾電視跟電話的訊號,也沒有安全裝置。我鮮少在我的作品中使用這種變壓器。
另一種變壓器是電子式的,可輸出高頻電流(20,000Hz以上)來點亮霓虹燈,我大部分的專題都是使用這種變壓器。電子式變壓器很輕,體積小,運作時很安靜,在電視或電話旁邊也不會產生干擾。除此之外,在過載或偵測到有瑕疵的燈管時,這種變壓器可以自動關閉。
變壓器運作時升溫是正常的現象,但不至於會燙手。如果變得燙手,請直接拔掉插頭。如果燈管閃爍不定,通常代表變壓器有問題,最好立刻拔掉插頭。必要時,也可以直接換掉變壓器,可能更單純。
變壓器通常會有一到兩年保固。不過,這些變壓器的實際壽命不知道多長。我已經在這個領域耕耘十幾年,許多變壓器在經過十多年都還是能用。
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任職於Peterson Neon公司的Shawna Peterson善於製作霓虹燈管,也曾經到Maker Faire展示她的作品。在這張照片中,她正在用六頭交叉火焰熔化玻璃以塑型。

以下文章摘錄自Arwen O’Reilly刊登於《MAKE》英文版vol. 10的〈彎曲玻璃管的女人〉(Lady Bends the Tubes) :
Shawna Peterson早年攻讀心理學位時,曾到一間霓虹燈店舖打工來補貼學費。兩年後,她開始當起了學徒每天下班後就去店裡學習彎曲玻璃管用傳統的拜師方式扎實地學習每一個環節「即使經過了五年你仍不過是剛出師的學徒」,她說。然而,經過了二十年後她現在已經是彎曲玻璃大師了除了為企業製作商用霓虹燈外也在位於加州愛莫利維爾的工作坊授課。此外,她也持續進行工藝創作,有時受託創作,有時也自主創作。而她學生時代所受的認知科學訓練有派上用場嗎?「每次彎曲霓虹燈管都好像在製作心智圖,」她說,「你必須十分小心,同時也要大膽發揮創意。」
她的工作坊充滿了作品和各種工具,有非常高端精密的,也有一般的工具。她最喜歡的工具是一塊燒焦的木頭,過去十五年她都用這塊木頭來冷卻塑型完成的玻璃管。她用來加熱玻璃的雙向火源也很令人印象深刻。玻璃塑形工藝技術在過去幾年來的變化不大,Shawna採用的是一種現代的無油O型環真空技術,將彎曲玻璃管中的氧氣與其他氣體抽空,再將氖氣或氬氣灌進去。密封燈管並接上變壓器後,就可以將燈點亮了。畢竟,「還有什麼比從零開始,最後成品可以照亮周圍更有成就感的事呢?」
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Shawna Peterson的作品之一: Cala Foods霓虹招牌。

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Craig A. Kraft創作的Light Figure Fragment(銅與霓虹燈,4.5’× 4’× 3/4’)

註:數字管是一種用冷陰極真空技術做成的燈管,流行於1950至70年代間,常用來顯示數字或其他資訊,也算是一種霓虹燈。
(譯:花神)
原文
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