Вечнозелените дървета са заемали специално място в честването на зимното слънцестоене. За да отбележат най-краткия ден от годината и официалния старт на зимата, хората в предхристиянската Европа висяха вечнозелени клонки над врати и прозорци, като талисман, който да държи далеч от злото и символ на надеждата за пролетта и вечния живот. Тъй като християнството се разпространи в Европа през III и IV в. Сл. Хр., Традицията да се украсяват с вечнозелени клонки се включи в Коледа.
Внасянето на живо вечнозелено дърво на закрито и декорирането му стана традиция в Германия от 16 век. На протестантския реформатор Мартин Лутер е приписано историческото прибавяне на свещи и осветление към коледните елхи в дома му, след като през нощта вижда осветени от звездите дървета. Дърветата, осветени от свещи, се превърнаха в немска традиция, едната е донесена в Съединените щати от ранни германски заселници, въпреки че те не станаха сензация в САЩ, докато не беше публикувана гравюра на коледната елха на британското кралско семейство в замъка Уиндзор в The Illustrated London News през 1848 г. Принц Албърт е германски, а майката на кралица Виктория също е била германка, така че украсените дървета са нещо познато на кралското семейство. Тази гравюра, показваща многостепенно дърво, покрито с орнаменти и запалени свещи, популяризира коледните елхи. Те бяха определящите тенденцията на деня; както Виктория и Алберт, остана и светът.
Гравиране на кралица Виктория, принц Алберт и техните деца, възхищавайки се на кралската коледна елха през декември 1848 г. (Музей на Уебстър) Запалването на дърво със свещи беше много опасно; дървото трябваше да е прясно. Обикновено осветлението на коледното дърво включва кофи, пълни с вода, поставени наблизо, за да извадят дървото, ако то или околността се запали. Като се имат предвид всички тези предпазни мерки, свещите ще бъдат запалени веднъж на Бъдни вечер.
През 1882 г., след като Томас Едисън разработва практична електрическа крушка, Едуард Джонсън, неговият приятел и партньор в компанията за осветяване на Едисън, създава първия комплект „Коледни светлини“, низ от 80 червени, бели и сини светлини, които той навива наоколо коледната му елха. През 1895 г. коледното дърво на Белия дом е осветено от стотици многоцветни лампи с нажежаема жичка.
1901 Реклама на General Electric Лампи с нажежаема жичка осветявали коледни елхи през целия 20 век. Въпреки че имаше подобрения, всички те функционираха по същия основен начин като оригиналната електрическа крушка на Едисън: потоците на електричество смятат, че нажежаемата жичка в крушката, нажежената жичка се нагрява от електрическо съпротивление, крушката се нагрява много и се произвежда светлина, когато металите във нишката стават толкова горещи, че електроните се възбуждат до по-високи орбитални нива и почти веднага падат обратно на първоначалното си орбитално ниво.
Цветът на произведената светлина е пряко свързан с възбуждането на електрони в материала, използван за направата на източника на светлина. Електроните скачат от едно орбитално ниво, наречено HOMO, или най-високо заета молекулярна орбитала, до следващото LUMO или най-ниско незаетата молекулярна орбитала, а когато електронът се отпусне назад, електромагнитното излъчване, като видима светлина, се излъчва. Характерът на електромагнитното излъчване е свързан с разстоянието между двете нива (HOMO-LUMO).
Цветът на светлината, произведен от това възбуждане, също зависи от разстоянието между орбиталните нива. Традиционните Едисонови (нажежаеми) крушки произвеждат бяла светлина, защото има много различни енергийни нива, така че се получават всички цветове на спектъра. Ето защо, когато поставите бяла светлина от електрическа крушка през призмата, тя се разпада на различни цветове.
Крушките с нажежаема жичка не са особено енергийно ефективни - добър процент от енергията се губи като топлина. И докато крушките с нажежаема жичка са много по-безопасни от използването на свещи за запалване на дърво и те могат да се използват повече от веднъж, те все още се нагряват. Много сухи коледни елхи са се запалили от топлината, генерирана от крушките, запалващи сухи, изключително запалими, вечнозелени игли.
LED (светлинно излъчващ диод) коледни светлини, от друга страна, осигуряват предимства, що се отнася до енергийната ефективност и температурата, както и новите дизайни и техники за осветление. Светодиодите произвеждат светлина по същия начин, както лампите с нажежаема жичка правят на квантово ниво: електроните се възбуждат и отделят светлина, когато се отпуснат. Разликата е в това как възниква това възбуждане: в случай на светодиод, електричеството, което преминава през материала, директно възбужда електроните, а не топлината. С този процес LED светлините използват 80 до 90 процента по-малко енергия от сравнителните коледни лампи с нажежаема жичка.
Първоначално светодиодите бяха патентовани от Джеймс Биард и Гари Питман, докато работеха за Texas Instruments. Техният патент (патент 3, 293, 513), озаглавен „Полупроводников лъчезарен диод“ и издаден на 20 декември 1966 г., описва първото патентовано устройство за твърдо състояние, което произвежда светлина от електричество. Галиево-арсенидният диод произвежда инфрачервена светлина, която не се вижда от човешкото око.
"Полупроводников лъчезарен диод" на JR Biard et al., Патентован на 20 декември 1966 г. (патент на САЩ 3 293 513) Докато работи в General Electric, Ник Холоняк изобретява първия светодиод за производство на видима светлина, в случая червен, чрез модифициране на галиев арсенид с фосфор, който измества светлината, излъчвана от кристалите, от инфрачервената в червената. Основата на това произведение е обхваната от неговия патент (патент 3, 249, 473), издаден на 3 май 1966 г.
За разлика от крушките с нажежаема жичка, които произвеждат широк спектър от светлина и изглеждат бели, освен ако не са покрити с боя за промяна на цвета, LED светлините произвеждат цвят в зависимост от съединенията, избрани да произвеждат светлината: червен низ от LED коледни светлини може да бъде направен от съединения, които излъчват червени светлини, сини от съединения, които излъчват синя светлина и т.н. Белите LED светлини са различни. Има няколко материала, като итриево-алуминиев гранат (Y 3 AL 5 O 12 ) материали, които при поставяне в светодиоди произвеждат бяла светлина. Въпреки това, повечето бели LED светлини произвеждат светлина, като внимателно комбинират различни светлоизлъчващи съединения в структурата на крушката (напр. Обикновено синьо излъчващо съединение, червено излъчващо съединение и зелено излъчващо).
Голям напредък в производството на червени светодиоди дойде от работата на Пол Бейли и неговите колеги, работещи в Monsanto, които получиха пат. 4, 039, 890 на 2 август 1977 г. Те са измислили двуизмерен масив от светодиоди, в който светлините могат да се управляват индивидуално. Докато тази структура произвежда червена светлина в модел на решетка, "Други комбинации и материали могат лесно да се предвидят от специалистите в областта за предоставяне на различни цветове или многоцветни дисплеи."
Бейли и др. „Интегриран полупроводников светодиоден масив“, патентован на 2 август 1977 г. (патент на САЩ 4 099 890) Този семенен патент даде основа за LED екрани, използвани за всичко - от компютри до телевизори до телефони. LED екраните произвеждат различни цветове чрез смесване на червени, зелени и сини светлини в различни комбинации; въз основа на RGB (червено-зелено-син) цветен модел, всеки цвят може да бъде произведен от тези три цвята.
Модерен LED масив от червени, зелени и сини светлини (Мартин Крафт чрез WikiCommons) Масивът от пиксели, присъстващ в съвременен светодиод, осигурява основа за регулируеми коледни светлини и дисплеи, където се управляват отделните светлини. По същия начин, когато пиксел на екрана променя цвета си, за да показва част от картината, коледните светлини с червени, зелени и синьо излъчващи светодиоди в една и съща крушка могат да произведат всякакъв цвят на дъгата, както и бяла светлина. Отделните светлини могат да бъдат включени и изключени и цветът да се промени.
Вече можете да имате един комплект светлини на коледно дърво и да ги накарате да се променят към какъвто и да е цвят, който желаете. Този тип технология също позволява големи външни дисплеи, където светлините могат да танцуват върху сграда и да променят цветовете, синхронизирани с музика. Тези светлини и компютъризирани контролери, които стават все по-достъпни за потребители с технически умения с всяка година, имат повече общо с телевизионните екрани, отколкото ранният низ от червени, бели и сини светлини, които Едуард Джонсън увива около коледната си елха.
На 24 декември 2013 г. Пат. № 8, 614, 632 е предоставена на Кенет Уелс и Виктор Хеч за „Метод и устройство за управление на източник на светлина в съответствие с източник на звук.“ Тази система управлява RGB светлините и преобразува звукови вълни в сигнали, които управляват светлините, така че вместо да се налага да програмирате светлините към музиката, човек може да позволи на системата да интерпретира музиката и да произвежда светлинно шоу.
Wells et al, "Метод и устройство за управление на източник на светлина в съответствие с източник на звук", патентован на 24 декември 2013 г. (патент на САЩ 8 614 632) И така, откъде ще отидат светлините на коледното дърво? Имам няколко прогнози.
Цветът на LED белите светлини ще се подобри и тъй като все повече хора използват LED светлини, потреблението на енергия и цената на работещите светлини ще намалеят. Начинът, по който коледните елхи ще бъдат осветени, ще продължи да се развива и светлините ще стават все по-малко като използваните оригинални лампи с нажежаема жичка; те могат да бъдат малки и в същото време ярки и не е необходимо да приемат формата на оригиналната крушка.
"Устройство за симулация на пламък" на Уейнрайт, патентовано на 24 октомври 2006 г. (патент на САЩ № 7, 112, 142) Дори мога да предвидя по-безопасна версия на свещите, които запалиха дърветата на Мартин Лутер и Виктория и Алберт. В крайна сметка, както изобретателят Хари Уейнрайт описа в патента си от 2006 г. за „Симулиращо пламък устройство“, светодиодите могат да бъдат подредени така, че да изглеждат като истински свещи.
