Az örökzöld fák különleges helyet foglaltak el a téli napforduló ünneplésén. Az év legrövidebb napjának és a tél hivatalos kezdeteinek a megjelölésére a keresztény pre-keresztény Európában az ajtók és ablakok fölé örökzöld bogyókat lógtak, mint talizmánt a gonosz elkerülésére, valamint a tavasz és az örök élet reményének jelképeként. Mivel a kereszténység Európában elterjedt a 3. és 4. században, az örökzöld fajokkal való díszítés hagyományát beépítették a karácsonyba.
Az élő örökzöld fa beltéri behozatala és díszítése a 16. századi Németországban hagyomány lett. A protestáns református Martin Luther történelmileg azt a hitelt kapta, hogy gyertyákat és világítást süt otthonában a karácsonyfákra, miután éjjel a csillagok megvilágították a fákat. A gyertyával megvilágított fák német hagyományokká váltak, amelyeket a korai német telepesek hoztak az Egyesült Államokba, bár az Egyesült Államokban nem jöttek szenzációvá, amíg a brit királyi család karácsonyfájának metszetét a Windsor-kastélyban nem tették közzé a The Illustrated London News Albert herceg német volt, és Victoria királynő anyja szintén német volt, tehát a díszített fák valami ismerős volt a királyi család számára. Ez a metszet, amely díszített és gyertyákkal borított többszintű fát mutat, népszerűsítette a karácsonyfákat. Ők voltak a nap trendrendezői; ahogyan Victoria és Albert tette, a világ többi része követte.
Victoria királynő, Albert herceg és gyermekeik gravírozása a királyi karácsonyfáról 1848 decemberében. (Webster Museum) A fa gyertyákkal való gyújtása nagyon veszélyes volt; a fának frissnek kellett lennie. A karácsonyfának világítása általában a közelébe helyezett vízzel töltött vödrökkel történt, hogy megtisztítsák a fát, ha ez vagy a környező terület felgyulladt. A fenti óvintézkedésekre tekintettel a gyertyákat karácsony estéjén egyszer felgyújtják.
1882-ben, miután Thomas Edison kifejlesztett egy praktikus villanykörtét, Edward Johnson, barátja és partnere az Edison Illumination Company-ban, elkészítette az első „karácsonyi fények” sorozatát, amelyben 80 vörös, fehér és kék fény található, amelyeket körül köré csavart. a karácsonyfa. 1895-ben a Fehér Ház karácsonyfáját többszínű izzólámpák százai világították meg.
1901 General Electric hirdetés Az izzólámpák megvilágították a karácsonyfákat a 20. században. Míg voltak fejlesztések, mindegyik ugyanolyan alapvetően működött, mint az Edison eredeti villanyköre: az elektromos áramok úgy gondolják, hogy az izzószálban az izzószál melegszik, az izzó felmelegszik az elektromos ellenállás révén, az izzó nagyon felforrósodik, és fény keletkezik, amikor az izzószálban fémek vannak annyira felforrósodik, hogy az elektronok magasabb orbitális szintre gerjesztik és szinte azonnal visszajutnak eredeti orbitális szintjükre.
A képződött fény színe közvetlenül kapcsolódik az elektronok gerjesztéséhez a fényforrás előállításához használt anyagban. Az elektronok az egyik, HOMO-nak nevezett, vagy a legmagasabb foglaltságú molekuláris pályán eljutó orbitális szintről a következő LUMO-ra, vagy a legalacsonyabban el nem vett molekuláris pályára ugrálnak, és amikor az elektron visszalazul, az elektromágneses sugárzás, például a látható fény kibocsátódik. Az elektromágneses sugárzás jellege függ a két szint közötti távolságtól (HOMO-LUMO).
Az ilyen gerjesztés által generált fény színe szintén függ az orbitális szintek közötti távolságtól. A hagyományos Edison (izzólámpák) fehér fényt bocsátanak ki, mivel sokféle energiaszint létezik, tehát a spektrum minden színe előáll. Ez az oka annak, hogy ha egy villanykörteből fehér fényt prizmába helyez, az különböző színekre bomlik.
Az izzólámpák nem különösebben energiahatékonyak - az energia jó hányada elveszti a hőt. És bár az izzólámpa sokkal biztonságosabb, mint a fa gyertyáinak használata, és egynél többször is felhasználható, még mindig nagyon felforrósodik. Sok száraz karácsonyfa tüzet gyújtott a száraz, rendkívül tűzveszélyes, örökzöld tűket égő izzók által generált hő miatt.
A LED (fénykibocsátó dióda) karácsonyi fények viszont előnyöket kínálnak az energiahatékonyság és a hőmérséklet szempontjából, valamint az új világítási tervek és technikák szempontjából. A LED-ek ugyanolyan módon állítanak elő fényt, mint az izzólámpák kvantumszinten: az elektronok gerjesztik és bocsátanak ki fényt, amikor pihennek. A különbség az, hogy ez a gerjesztés hogyan történik: LED esetén az anyagon átmenő áram közvetlenül gerjeszti az elektronokat, nem pedig a hőt. Ennek a folyamatnak a segítségével a LED-es lámpák 80-90 százalékkal kevesebb energiát fogyasztanak, mint a hasonló izzó karácsonyi fények.
A LED-eket először James Biard és Gary Pittman szabadalmaztatta, miközben a Texas Instrumentsnél dolgozott. 1966. december 20-án kiadott, „Semiconductor Radiant Diode” nevű szabadalom (3 293 513 sz. Szabadalmi leírás) ismertette az első szabadalmaztatott szilárdtest készüléket, amely villamos energiát termel. A gallium-arzenid-dióda infravörös fényt hozott létre, amely az emberi szem számára nem látható.
JR Biard és társai "Semiconductor Radiant Diode" szabadalmaztatva, 1966. december 20-án (3 293 513 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalom). Miközben a General Electricnél dolgozott, Nick Holonyak kitalálta az első LED-et, amely látható fényt generál, ebben az esetben vörös, a gallium-arzenid foszforral történő módosításával, amely elmozdította a kristályok által kibocsátott fényt az infravörösről a vörösre. Ennek a munkának az alapját a szabadalma (3 249 473 sz. Szabadalmi leírás) fedezi, amelyet 1966. május 3-án adtak ki.
Ellentétben az izzólámpákkal, amelyek széles spektrumú fényt bocsátanak ki és fehér színűnek tűnnek, kivéve, ha a szín megváltoztatásához festékkel bevonják, a LED-fények színt produkálnak a fény előállításához választott vegyületektől függően: egy piros karácsonyi LED-sorozat készülhet vegyületek, amelyek vörös fényt bocsátanak ki, kék vegyületeket, amelyek kék fényt bocsátanak ki, és így tovább. A fehér LED lámpák különböznek. Van néhány anyag, például az ittrium-alumínium gránát (Y 3 AL 5 O 12 ), amelyek a LED-ekbe helyezve fehér fényt bocsátanak ki. A legtöbb fehér LED-fény azonban az izzó szerkezetén belüli különféle fénykibocsátó vegyületek gondos kombinálásával hozza létre a fényt (pl. Általában egy kék és egy vörös és egy zöld fényt kibocsátó vegyület).
A piros LED-ek gyártásában nagy előrelépés történt Paul Bailey és a Monsanto munkatársai munkájában, akiknek Pat A 4 039 890 számú, 1977. augusztus 2-i számú szabadalom feltalálta a LED-ek kétdimenziós sorozatát, amelyben a lámpák külön-külön vezérelhetők. Míg ez a szerkezet vörös fényt adott rács mintázatban, "A szakember könnyen elképzelheti más kombinációkat és anyagokat, hogy különböző színű vagy többszínű kijelzőket biztosítson."
Bailey és társai "Integrált félvezető fénykibocsátó kijelzőrendszer" szabadalmaztatása, 1977. augusztus 2. (4 039 890 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalom). Ez a szabadalom megalapozta a LED képernyőkijelzőket, amelyeket mindenkire használnak, a számítógépektől a televízióig a telefonokig. A LED-képernyők különböző színeket produkálnak a vörös, a zöld és a kék lámpák különböző kombinációkban történő keverésével; az RGB (vörös-zöld-kék) színmodell alapján bármilyen szín előállítható ebből a három színből.
Modern vörös, zöld és kék lámpák sorozata (Martin Kraft a WikiCommons segítségével) A modern LED-ben található pixelek sorozata alapot biztosít a hangolható karácsonyi fényekhez és a kijelzőkhöz, ahol az egyes lámpák vezérelhetők. Ugyanúgy, ahogy a képernyőn megjelenő pixel színe megváltoztatja a kép egy részét, a piros, zöld és kék fényt kibocsátó karácsonyi fények ugyanabban az izzóban bármilyen színű szivárványt és fehér fényt eredményezhetnek. Az egyes lámpák be- és kikapcsolhatók, és a szín megváltozhat.
A karácsonyfán most már van egy fényszóró, és bármilyen színre válthat. Ez a fajta technológia nagyméretű kültéri kijelzőket is lehetővé tesz, ahol a lámpák egyaránt táncolhatnak az épületen, és megváltoztathatják a zenehez szinkronizált színeket. Ezeknek a lámpáknak és a számítógépes vezérlőknek, amelyek minden évben egyre hozzáférhetőbbé válnak a technikus hozzáértésű fogyasztók számára, sokkal több közös vonásuk van a televízió képernyőjén, mint a vörös, fehér és kék fények korai sorozatán, amelyet Edward Johnson karácsonyfája köré borított.
2013. december 24-én Pat. A 8 614, 632 számú Kenneth Wells és Victor Hatch kapta az „A fényforrásnak a hangforrás szerint történő irányításának módszere és készüléke” elnevezésű rendszerrel. Ez a rendszer vezérli az RGB lámpákat, és a hanghullámokat olyan jelekké alakítja, amelyek a lámpákat vezérlik., így ahelyett, hogy a lámpákat a zenére programoznánk, lehetővé tehetjük a rendszernek, hogy értelmezze a zenét, és készítsen egy fény show-t.
Wells et al., "A fényforrás megfelelőségének szabályozására szolgáló módszer és berendezés a hangforrásban" szabadalmaztatva, 2013. december 24-én (8 614 632 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalom). Tehát honnan indulnak innen a karácsonyfa fényei? Van néhány előrejelzésem.
A fehér fehér LED-ek színe javul, és mivel egyre több ember használja a LED-lámpákat, az energiafelhasználás és a működési fények költségei csökkennek. A karácsonyfák megvilágításának módja tovább fog fejlődni, és a lámpák egyre kevésbé lesznek olyanok, mint az eredeti izzólámpák; kicsik és ugyanakkor fényesek, és nem kell, hogy az eredeti izzó alakja legyen.
Wainwright "Lángszimuláló eszköz", szabadalmaztatva 2006. október 24-én (7 125 142 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalom). Még egy biztonságosabb változatot is elképzelhetek a gyertyákról, amelyek megvilágították Martin Luther, Victoria és Albert fáit. Végül is, ahogy a feltaláló, Harry Wainwright írta le a 2006. évi szabadalomban egy „Láng-szimuláló eszköz” -hez, a LED-ek elrendezhetők úgy, hogy valóban gyertyáknak tűnjenek.
