과학의 쟝르에서 다뤄야할 네온의 원리·구조 및 전기소모량 등을 본 논문에서 다루고져 함은 네온 메카니즘의 기초적인 지식을 이해해야 네온사인 제작에 필요한 디자인을 할 수 있음에 있고 또한, 네온사인의 발전과 보급은 물론이고 네온을 앎으로써 전기소모량의 시비를 없애려함에 있다.

1. 네온관의 발광원리와 타전구 비교.

가늘고 긴 유리관 양끝에다 전극을 붙이고 안에 공기를 빼고 그 후에 네온등에 가스를 봉입하는 것이 네온관이지만 이것에 전압(V)을 주면 우리 눈에는 볼 수 없는 네온가스에 원자핵의 주위를 돌고 있는 전자가 역기·복귀·전리등의 반응을 되풀이 함으로써, 즉 방전을 함으로써 네온관이 발광하게 되는 것이다.

이 유리관에 네온가스를 넣으면 적색을 얻게되고, 알곤가스를 넣으면 청색을 얻게되며 그밖에 녹, 황등 등의 다양한 색은 관 내부에 형광도료를 착색하여 얻게 된다. 이를 총칭하여 네온사인이라 부르는 이유는 네온가스에 의한 적색 사인이 최초로 발명됨에 따라 이름 붙인 것이다.

물이 수위 (水位)가 높은곳에서 흐르는 것과 같이 전기도 전위 (電位)가 높은곳(+)에서 낮은곳(-)으로 흐른다. 전압의 단위는 볼트(V)를 사용 V의 기호로 표시한다.

전압은 전기설비의 기술기준이며 네온에서는 다음과 같은 저압, 고압 및 특별고압이 사용된다.
저압-교류에서는 600 V이하의 것, 또 직류에서는 750 V 이하의 것을 말한다. 네온 변압기의 1차측 전압은 100V나 200V의 저압이다.
고압-교류에서는 600 V를 넘어 7,000 V이하의 것, 또 직류에서는 750 V를 넘어 7,000 V이하의 것을 말한다. 네온 변압기의 2차측 전압에서는 3,000 V 또는 6,00O V의 고압의 것이 있다.
특별고압-직류도 교류도 7,OOOV를 넘는 것을 말한다. 네온 변압기의 2차측 전압에서는 9,OOOV , 12,OOOV, 15,OOOV의 특별고압의 것이 있다.

네온이 발명된 후 네온은 고전압에서 방전하여 감전시 인명의 위험이 크므로 이를 저전압에서 방전시켜 빛을 얻는 방법을 찾아 발명된 것이 바로 형광등이며 일반적으로 가정에서 사용하는 형광등이 100∼200 V로 2,000 V∼15,000 V의 고전압이 필요한 네온은 전기가 무척 많이 소모되는 것으로 생각하기 쉽다.

실제 가정용 전압은 100∼200 V이나 형광등의 경우도 100∼200 V로는 방전이 되지 않기 때문에 변압기를 사용하여 전압을 높여 방전을 시킨 후 스타트 전구가 다시 본래의 전압으로 되돌아 오게 한다. 네온도 이와 마찬가지 원리로 2,O0OV이상에서 방전하므로 방전하는데 필요한 전압을 주기 위래 원래 100 V 혹은 200 V의 전압을 변압기를 사용하여 전압을 올리는 것이다. 전압이 높은 것은 감전시 위험하지만 전압이 높다고 해서 전기소모량이 많은 것은 아니다. 실제의 전기량은 전력(M)으로서 전압과 전류의 소산물인 것이다. 1W는 1V로 1A의 전류가 흐를 때의 전력이다.

전력량은 점등(點烙)한다든가 모터를 돌린다든가 하는 어떤 시간동안 전기가 일한 양을 전력량이라고 한다.
전력과 전력량의 관계는 다음과 같다.

전력량=유효전력 x 시간=(전압 x 전류 x 역률) x 시간= ( V x A x 역률) x 시간. V x A ≒ W

네온과 기타 전구와 전등의 전력량을 알기 위해 전력의 단위인 W, 즉 VA를 알아보면
- 꼬마전구 길이 2.5cm짜리 1개는 5 W
- 0.56cm인 램프 1개는 약1 W
- 1.2m인 형광등 1개는 60 W
- 네온관은 길이 1m 짜리가 20W, 10m 짜리가 180W의 전력이 든다.

10m 길이의 조명등이 필요한 광고간판 제작시 꼬마전구를 사용하면 꼬마전구 400개가 필요하며, 이때의 전력은 2,000W가 들며 형광등을 사용하면 1.2m 짜리 8개가 필요하며, 이때의 전력량은 480W, 네온의 경우는 180-200W 밖에 들지 않는다.

사진8)과 같은 경우 사용된 램프는 총698개로 1개의 램프는 1W로 698W의 전력이 소모된다. 이 경우 네온을 사용하면 총 18.2m로 외각선 2.6m x 2개, 문자 1m x 13개가 필요하며 이때 사용되는 전력은 340W이다. 전력면에서도 네온이 반정도로 적게 든다.

2. 네온의 구조·소재

네온관의 소재는 납·유리로서 두께는 약1 mmψ지만 특수한 것으로는 1.5 mmψ도 있고 관의 종류로는 투명관, 착색관, 형광관, 착색 형광관의 4종류가 있다. 그림 4)

관의 외경은 최소 5mm인 것부터 7 mm, 9 mm, 18 mm, 20 mm도 있으나 표준인 14 mm의 유리관이 가장 많이 사용된다. 원래 관의 길이는 1.6 m 2.1 m이나 완성되면 각각 1.5 m 2m로 되며 그 외의 제작물은 절단하거나 이어서 사용하기도 한다.

전극(電植)은 철제가 대부분이고 형상은 원추형이 가장 많으며 원통형도 있다. 그림 5)

전극부의 부착형식은 U형, L형, J형, P형등의 4종류가 있다. 그림 6)

네온관에는 투명관외에 유리관의 내벽에 형광도료를 바르고 구운 형광관이 있다. 이것은 칠한 형광도료의 종류에 따라 관이 발광하는 색이 여러가지로 변한다. 형광도료에 의해 청색, 청백색, 홍색, 적색, 핑크색, 황색, 백색등 여러가지 아름다운 색을 발광하게 되며 또 유리관의 재료자체에 홍백·황색·코발트색등의 색이 있는 착색관도 있다.

3. 색·명도·휘도·채도·투과성

색광의 종류는 표준색이 18색, 표준준색이 21색으로 모두 39색이 있다. 색별로는 백색, 녹색, 청백색, 베이지색등이 가장 밝고 관경(管經)이 가늘수록 더 밝다.
휘도(揮度)는 녹색, 백색, 청백의 순이며 채도는 홍색, 적, 적핑크 오렌지색의 순으로 선명하다. 눈에 더욱 잘띄는 색으로는 적, 적핑크등 붉은 색깔 계통의 것이며, 시감도(視感度)는 녹색이 더 높다. 네온은 혼합하는 색수가 많을수록 더 밝아진다.

네온사인의 수명은 일본 네온사인협회에서는 옥내에서 만시간, 옥 외에서 7,000∼8,000시간이라 말하고 있으며, 미국의 네온 전문가 들은 네온의 수명은 최소한 75년이며 매 7년마다 Transformer를 갈아 주는 것을 제외하면 유지비가 들지 않는다고 한다. ¹³⁾

기술수준 정도의 차이로 네온사인의 수명시간이 나라에 따라 주장하는 차이가 다르기는 하나 철저히 규격 재료를 사용하고, 네온관에 불순물이 없으면 10,000시간은 무난히 사용할 수 있다고 한다.

멀리에서 잘보이는 색광은 적황, 녹, 청색의 순이지만 적색은 시감도적으로 황록색보다 미치지 못하지만은 투과성, 채도등에 있어서 강한 느낌이 나고 표3)과 같이 안개와 비의 경우 최고치를 나타내고 있다.