Drzewa zimozielone zajmują szczególne miejsce w obchodach przesilenia zimowego. Aby zaznaczyć najkrótszy dzień w roku i oficjalny początek zimy, ludzie w przedchrześcijańskiej Europie zawiesili wiecznie zielone konary nad drzwiami i oknami, jako talizman, który powstrzymuje zło i symbol nadziei na wiosnę i życie wieczne. Gdy chrześcijaństwo rozprzestrzeniło się na Europę w III i IV wieku naszej ery, tradycja dekorowania wiecznie zielonymi konarami została włączona do Bożego Narodzenia.
Przenoszenie żywego wiecznie zielonego drzewa do domu i dekorowanie go stało się tradycją w XVI-wiecznych Niemczech. Protestancki reformator Martin Luther jest historycznie przypisywany dodawaniu świec i oświetlenia choinek w swoim domu po tym, jak zobaczył drzewa oświetlone gwiazdami w nocy. Drzewa oświetlone świecami stały się tradycją niemiecką, sprowadzoną do Stanów Zjednoczonych przez pierwszych osadników niemieckich, choć nie stały się sensacją w USA, dopóki grawerowanie choinki brytyjskiej rodziny królewskiej w zamku Windsor nie zostało opublikowane w The Illustrated London News w 1848 r. Książę Albert był Niemcem, a matka królowej Wiktorii również była Niemką, więc zdobione drzewa były czymś znanym rodzinie królewskiej. Grawerowanie przedstawiające wielopoziomowe drzewo pokryte ornamentami i zapalonymi świecami spopularyzowało choinki. Byli wyznacznikami trendów dnia; podobnie jak Victoria i Albert, reszta świata podążyła za nim.
Rycina królowej Wiktorii, księcia Alberta i ich dzieci podziwiających królewską choinkę w grudniu 1848 r. (Webster Museum) Zapalenie drzewa świecami było bardzo niebezpieczne; drzewo musiało być świeże. Zazwyczaj zapalanie choinki wiązało się z umieszczeniem w pobliżu wiader wypełnionych wodą w celu obalenia drzewa, jeśli ono lub otoczenie zapali się. Biorąc pod uwagę wszystkie te środki ostrożności, świece zostaną zapalone raz w Wigilię Bożego Narodzenia.
W 1882 roku, po tym jak Thomas Edison opracował praktyczną żarówkę elektryczną, Edward Johnson, jego przyjaciel i partner w Edison's Illumination Company, stworzył pierwszy zestaw „lampek choinkowych”, ciąg 80 czerwonych, białych i niebieskich lampek, które owinął wokół jego choinka. W 1895 roku choinkę w Białym Domu oświetlono setkami wielokolorowych żarówek.
1901 Reklama General Electric Żarówki oświetlają choinki przez cały XX wiek. Chociaż wprowadzono ulepszenia, wszystkie działały w ten sam podstawowy sposób, co oryginalna żarówka Edisona: przepływy prądu przez żarnik w żarówce, żarnik nagrzewa się przez opór elektryczny, żarówka staje się bardzo gorąca, a światło powstaje, gdy metale w żarniku stają się tak gorące, że elektrony są wzbudzane na wyższe poziomy orbity i prawie natychmiast wracają do swojego pierwotnego poziomu.
Kolor wytwarzanego światła jest bezpośrednio związany z wzbudzeniem elektronów w materiale użytym do wytworzenia źródła światła. Elektrony przeskakują z jednego poziomu orbity, zwanego HOMO, czyli najwyżej zajętego orbitalu molekularnego, do następnego LUMO, czyli najniższego niezajętego orbitalu molekularnego, a gdy elektron się rozluźnia, promieniowanie elektromagnetyczne, takie jak światło widzialne, jest emitowane. Charakter promieniowania elektromagnetycznego jest związany z odległością między dwoma poziomami (HOMO-LUMO).
Kolor światła wytwarzanego przez to wzbudzenie zależy również od odległości między poziomami orbity. Tradycyjne żarówki Edisona (żarowe) wytwarzają białe światło, ponieważ istnieje wiele różnych poziomów energii, dzięki czemu powstają wszystkie kolory widma. Dlatego po umieszczeniu białego światła z żarówki przez pryzmat rozpada się na różne kolory.
Żarówki nie są szczególnie energooszczędne - duży procent energii jest tracony w postaci ciepła. I chociaż żarówki są znacznie bezpieczniejsze niż używanie świec do zapalania drzewa, i można ich używać więcej niż jeden raz, wciąż są bardzo gorące. Wiele suchych choinek zapaliło się pod wpływem ciepła wytwarzanego przez żarówki zapalające suche, niezwykle łatwopalne, wiecznie zielone igły.
Z drugiej strony lampki choinkowe LED (Light Emitting Diode) zapewniają korzyści, jeśli chodzi o efektywność energetyczną i temperaturę, a także nowe projekty i techniki oświetleniowe. Diody LED wytwarzają światło w taki sam sposób, jak lampy żarowe na poziomie kwantowym: elektrony są wzbudzone i wydzielają światło, gdy się relaksują. Różnica polega na tym, jak zachodzi to wzbudzenie: w przypadku diody LED energia elektryczna przepływająca przez materiał bezpośrednio wzbudza elektrony, a nie ciepło. Dzięki temu procesowi światła LED zużywają od 80 do 90 procent mniej energii niż porównywalne żarówki świąteczne.
Diody LED zostały po raz pierwszy opatentowane przez Jamesa Biarda i Gary'ego Pittmana podczas pracy dla Texas Instruments. Ich patent (patent nr 3 293 513), zatytułowany „Półprzewodnikowa dioda promienista”, przyznany 20 grudnia 1966 r., Opisał pierwsze opatentowane urządzenie półprzewodnikowe do wytwarzania światła z energii elektrycznej. Dioda galu-arsenku wytwarzała światło podczerwone, które nie jest widoczne dla ludzkiego oka.
„Semiconductor Radiant Diode” JR Biarda i in., Opatentowany 20 grudnia 1966 r. (Patent USA nr 3 293 513) Podczas pracy w General Electric Nick Holonyak wynalazł pierwszą diodę LED do wytwarzania światła widzialnego, w tym przypadku czerwonego, poprzez modyfikację arsenku galu fosforem, który przeniósł światło emitowane przez kryształy z podczerwieni na czerwone. Podstawa tej pracy objęta jest jego patentem (patent nr 3 249 473), udzielonym 3 maja 1966 r.
W przeciwieństwie do żarówek, które wytwarzają szerokie spektrum światła i wydają się białe, chyba że zostaną pokryte farbą w celu zmiany koloru, lampy LED wytwarzają kolor w zależności od związków wybranych do wytworzenia światła: czerwony ciąg lampek choinkowych LED można wykonać z związki, które emitują światło czerwone, niebieskie ze związków, które emitują światło niebieskie i tak dalej. Białe światła LED są inne. Istnieje kilka materiałów, takich jak granat itrowo-aluminiowy (Y 3 AL 5 O 12 ), które po umieszczeniu w diodach LED wytwarzają białe światło. Jednak większość białych diod LED wytwarza światło poprzez staranne połączenie różnych związków emitujących światło w strukturze żarówki (np. Zazwyczaj związek emitujący niebieski, związek emitujący czerwony i zielony).
Ogromny postęp w produkcji czerwonych diod LED przyniósł praca Paula Baileya i jego współpracowników pracujących w Monsanto, którym przyznano Pat. 4, 039, 890 z 2 sierpnia 1977 r. Wynaleźli dwuwymiarowy układ diod LED, w którym można indywidualnie sterować oświetleniem. Podczas gdy ta struktura wytwarzała czerwone światło we wzorze siatki, „Specjaliści w tej dziedzinie mogą łatwo przewidzieć inne kombinacje i materiały w celu zapewnienia różnych kolorów lub wielokolorowych wyświetlaczy”.
Bailey i in. „Integrated Semiconductor Light-Emitting Display Array”, opatentowany 2 sierpnia 1977 r. (Patent USA nr 4 039 890) Ten przełomowy patent stanowił podstawę dla wyświetlaczy ekranowych LED używanych do wszystkiego, od komputerów, telewizorów po telefony. Ekrany LED wytwarzają różne kolory, mieszając czerwone, zielone i niebieskie światła w różnych kombinacjach; w oparciu o model kolorów RGB (czerwono-zielono-niebieski), z tych trzech kolorów można uzyskać dowolny kolor.
Nowoczesna tablica LED czerwonych, zielonych i niebieskich świateł (Martin Kraft przez WikiCommons) Układ pikseli obecnych w nowoczesnej diodzie LED stanowi podstawę do przestrajania lampek choinkowych i wyświetlaczy, w których kontrolowane są poszczególne lampki. W ten sam sposób, w jaki piksel na ekranie zmienia kolor, aby wyświetlić część obrazu, lampki choinkowe z czerwonymi, zielonymi i niebieskimi diodami LED w tej samej żarówce mogą wytwarzać dowolny kolor tęczy, a także białe światło. Poszczególne światła można włączać i wyłączać, a kolor zmieniać.
Można teraz mieć jeden zestaw lampek na choinkę i zmienić ich kolor na dowolny pożądany. Ten rodzaj technologii pozwala również na duże wyświetlacze zewnętrzne, na których światła mogą zarówno tańczyć w całym budynku, jak i zmieniać kolory zsynchronizowane z muzyką. Te światła i skomputeryzowane kontrolery, które z każdym rokiem stają się coraz bardziej dostępne dla znających się na technologii konsumentów, mają więcej wspólnego z ekranami telewizyjnymi niż wczesny ciąg czerwonych, białych i niebieskich świateł, które Edward Johnson owinął wokół swojej choinki.
24 grudnia 2013 r. Pat. 8 614 632 został przyznany Kenneth Wells i Victorowi Hatchowi za „Metodę i urządzenie do kontrolowania źródła światła zgodnie ze źródłem dźwięku”. System ten kontroluje światła RGB i przekształca fale dźwiękowe w sygnały sterujące światłem, więc zamiast programować światła do muzyki, można pozwolić systemowi na interpretację muzyki i pokaz świetlny.
Wells i in. „Method and Apparatus for Control the Source of Accordance in a Source of Sound”, opatentowany 24 grudnia 2013 r. (Patent USA nr 8 616 632) Gdzie więc pójdą lampki choinkowe? Mam kilka prognoz.
Kolor białych diod LED ulegnie poprawie, a im więcej osób korzysta z diod LED, zużycie energii i koszty eksploatacji spadną. Sposób, w jaki choinki będą oświetlone, będzie ewoluował, a światła będą coraz mniej podobne do oryginalnych używanych żarówek; mogą być małe, a jednocześnie jasne, i nie muszą przybrać kształtu oryginalnej żarówki.
„Urządzenie do symulacji płomienia” Wainwrighta, opatentowane 24 października 2006 r. (Patent USA nr 7 125 142) Mogę nawet wyobrazić sobie bezpieczniejszą wersję świec, które oświetlają drzewa Martina Luthera, Victorii i Alberta. W końcu, jak wynalazca Harry Wainwright opisał w swoim patencie z 2006 roku na „urządzenie do symulacji płomienia”, diody LED mogą być ustawione tak, aby wyglądały jak prawdziwe świece.
