Groenblijvende bomen hebben een speciale plaats ingenomen bij het vieren van de winterzonnewende. Om de kortste dag van het jaar en de officiële start van de winter te markeren, hingen mensen in pre-christelijk Europa groenblijvende takken over deuren en ramen, als een talisman om het kwaad weg te houden en een symbool van de hoop op lente en eeuwig leven. Toen het christendom zich in Europa verspreidde in de 3e en 4e eeuw na Christus, werd de traditie van versieren met groenblijvende takken in Kerstmis opgenomen.
Een levende groenblijvende boom binnenshuis brengen en versieren werd een traditie in het 16e-eeuwse Duitsland. De protestantse hervormer Martin Luther is historisch gecrediteerd voor het toevoegen van kaarsen en verlichting aan kerstbomen in zijn huis na het zien van bomen verlicht door de sterren 's nachts. Kaarsverlichte bomen werden een Duitse traditie, een die door vroege Duitse kolonisten naar de Verenigde Staten werd gebracht, hoewel ze geen sensatie in de VS werden totdat een gravure van de kerstboom van de Britse koninklijke familie in Windsor Castle werd gepubliceerd in The Illustrated London News in 1848. Prins Albert was Duits en de moeder van koningin Victoria was ook Duits, dus versierde bomen waren iets vertrouwds voor de koninklijke familie. Deze gravure, met een gelaagde boom bedekt met ornamenten en aangestoken kaarsen, populair geworden kerstbomen. Ze waren de trendsetters van de dag; zoals Victoria en Albert deden, volgde de rest van de wereld.
Een gravure van koningin Victoria, prins Albert en hun kinderen die de koninklijke kerstboom bewonderen in december 1848. (Webster Museum) Een boom aansteken met kaarsen was erg gevaarlijk; de boom moest vers zijn. Meestal betekende het aansteken van de kerstboom emmers gevuld met water dat in de buurt was geplaatst om de boom te doven als deze of de omgeving in brand vloog. Met al deze voorzorgsmaatregelen zouden de kaarsen eenmaal op kerstavond worden aangestoken.
In 1882, nadat Thomas Edison een praktische elektrische gloeilamp had ontwikkeld, creëerde Edward Johnson, zijn vriend en partner in Edison's Illumination Company, de eerste set "Kerstverlichting", een reeks van 80 rode, witte en blauwe lichten, die hij rond wond zijn kerstboom. In 1895 werd de kerstboom van het Witte Huis verlicht door honderden veelkleurige gloeilampen.
1901 General Electric advertentie Gloeilampen verlicht kerstbomen gedurende de 20e eeuw. Hoewel er verbeteringen waren, werkten ze allemaal op dezelfde basale manier als de originele gloeilamp van Edison: elektriciteit stroomt dacht dat de gloeidraad in de gloeilamp, de gloeidraad warm wordt door elektrische weerstand, de gloeilamp wordt erg heet en er wordt licht geproduceerd wanneer metalen in de gloeidraad zo heet worden dat elektronen worden opgewonden naar hogere orbitale niveaus en bijna onmiddellijk terugvallen naar hun oorspronkelijke orbitale niveau.
De geproduceerde lichtkleur is direct gerelateerd aan de excitatie van elektronen in het materiaal dat wordt gebruikt om de lichtbron te maken. Elektronen springen van het ene orbitale niveau, HOMO genoemd, of de hoogste bezette moleculaire orbitaal, naar de volgende LUMO, of de laagste onbezette moleculaire orbitaal, en wanneer het elektron terug ontspant, wordt elektromagnetische straling, zoals zichtbaar licht, afgegeven. De aard van de elektromagnetische straling is gerelateerd aan de afstand tussen de twee niveaus (HOMO-LUMO).
De kleur van het licht dat door deze excitatie wordt geproduceerd, is ook afhankelijk van de afstand tussen de orbitale niveaus. Traditionele Edison (gloeilampen) produceren een wit licht omdat er veel verschillende energieniveaus zijn, dus alle kleuren van het spectrum worden geproduceerd. Daarom breekt het witte licht van een gloeilamp door een prisma in verschillende kleuren.
Gloeilampen zijn niet bijzonder energiezuinig - een groot deel van de energie gaat verloren als warmte. En hoewel gloeilampen veel veiliger zijn dan kaarsen gebruiken om een boom aan te steken en ze meer dan eens kunnen worden gebruikt, worden ze nog steeds erg heet. Veel droge kerstbomen hebben vlam gevat door de hitte die wordt gegenereerd door de bollen die droge, uiterst brandbare, groenblijvende naalden ontsteken.
LED (Light Emitting Diode) Kerstverlichting biedt daarentegen voordelen op het gebied van energie-efficiëntie en temperatuur, evenals nieuwe verlichtingsontwerpen en -technieken. LED's produceren licht op dezelfde manier als gloeilampen op een kwantumniveau: elektronen zijn opgewonden en geven licht af wanneer ze ontspannen. Het verschil zit in hoe deze excitatie optreedt: in het geval van een LED prikkelt de elektriciteit die door het materiaal stroomt direct de elektronen, geen warmte. Met dit proces verbruiken LED-lampen 80 tot 90 procent minder energie dan vergelijkbare gloeilampen.
LED's werden voor het eerst gepatenteerd door James Biard en Gary Pittman terwijl ze voor Texas Instruments werkten. Hun patent (pat. Nr. 3.293.513), getiteld 'Semiconductor Radiant Diode' en verleend op 20 december 1966, beschreef het eerste gepatenteerde solid-state apparaat dat licht uit elektriciteit produceert. De gallium-arsenidediode produceerde infrarood licht, dat niet zichtbaar is voor het menselijk oog.
JR "Biicond et al's" Semiconductor Radiant Diode ", gepatenteerd op 20 december 1966 (Amerikaans octrooischrift 3.293.513) Terwijl hij bij General Electric werkte, vond Nick Holonyak de eerste LED uit om zichtbaar licht te produceren, in dit geval rood, door gallium-arsenide te modificeren met fosfor, dat het door de kristallen uitgezonden licht van het infrarood naar rood verschoof. De basis van dit werk wordt gedekt door zijn patent (pat. Nr. 3.249.473), verleend op 3 mei 1966.
In tegenstelling tot gloeilampen die een breed spectrum van licht produceren en wit lijken tenzij ze zijn bedekt met een verf om de kleur te veranderen, produceren LED-lampen kleur afhankelijk van de verbindingen die zijn gekozen om het licht te produceren: een rode reeks LED-kerstverlichting kan worden gemaakt van verbindingen die rood licht uitzenden, blauwe van verbindingen die blauw licht uitzenden, enzovoort. Witte LED-lampen zijn anders. Er zijn een paar materialen, zoals Yttrium-aluminium granaat (Y 3 AL 5 O 12 ) materialen, die bij plaatsing in LED's een wit licht produceren. De meeste witte LED-lampen produceren echter licht door zorgvuldig verschillende lichtemitterende verbindingen binnen de lampstructuur te combineren (bijvoorbeeld meestal een blauwemitterende verbinding, een roodemitterende en een groenemitterende).
Een grote vooruitgang in de productie van rode LED's kwam van het werk van Paul Bailey en zijn collega's die bij Monsanto werken, die Pat. Nr. 4.039.890 op 2 augustus 1977. Ze bedachten een tweedimensionale reeks LED's, waarin de lichten individueel konden worden geregeld. Hoewel deze structuur rood licht produceerde in een rasterpatroon, kunnen "andere combinaties en materialen door de vakman gemakkelijk worden overwogen om verschillende kleuren of multikleuren weer te geven."
Bailey et al's "Integrated Semiconductor Light-Emitting Display Array", gepatenteerd op 2 augustus 1977 (Amerikaans octrooischrift 4.039.890) Dit baanbrekende patent legde de basis voor ledschermen die voor alles worden gebruikt, van computers tot televisies en telefoons. LED-schermen produceren verschillende kleuren door rode, groene en blauwe lichten in verschillende combinaties te combineren; op basis van het RGB (rood-groen-blauw) kleurenmodel kan elke kleur uit deze drie kleuren worden geproduceerd.
Moderne LED-reeks rode, groene en blauwe lichten (Martin Kraft via WikiCommons) De reeks pixels in een moderne LED biedt een basis voor instelbare kerstverlichting en displays waar individuele lichten worden bestuurd. Net zoals een pixel op een scherm van kleur verandert om een deel van een foto weer te geven, kunnen kerstlichten met rode, groene en blauw uitstralende LED's in dezelfde lamp elke kleur van de regenboog produceren, evenals wit licht. De afzonderlijke lichten kunnen worden in- en uitgeschakeld en de kleur kan worden gewijzigd.
Men kan nu één set lichten op een kerstboom hebben en deze laten veranderen in elke gewenste kleur. Dit type technologie maakt ook grote buitendisplays mogelijk waarbij lichten zowel over een gebouw kunnen dansen als van kleuren kunnen worden gesynchroniseerd met muziek. Deze lichten en geautomatiseerde controllers, die elk jaar toegankelijker worden voor technisch onderlegde consumenten, hebben meer gemeen met televisieschermen dan de vroege reeks rode, witte en blauwe lichten die Edward Johnson rond zijn kerstboom wikkelde.
Op 24 december 2013 heeft Pat. Nr. 8.614, 632 werd verleend aan Kenneth Wells en Victor Hatch voor een "Methode en apparaat voor het besturen van een lichtbron in overeenstemming met een geluidsbron." Dit systeem bestuurt RGB-lichten en zet geluidsgolven om in signalen die de lichten besturen., dus in plaats van de lichten op de muziek te moeten programmeren, kan het systeem de muziek interpreteren en een lichtshow produceren.
Wells et al's "Methode en apparatuur voor het regelen van een lichtbron in overeenstemming met een bron van geluid", gepatenteerd op 24 december 2013 (Amerikaans octrooi nr. 8.614.632) Dus waar gaan kerstboomlichten vanaf hier? Ik heb een paar voorspellingen.
De kleur van witte LED-verlichting zal verbeteren en naarmate meer mensen LED-verlichting gebruiken, zullen het energieverbruik en de kosten van operationele lichten dalen. De manier waarop kerstbomen worden verlicht, zal blijven evolueren en de lichten zullen steeds minder worden zoals de originele gloeilampen die werden gebruikt; ze kunnen klein en tegelijkertijd helder zijn en hoeven niet de vorm aan te nemen van de originele gloeilamp.
Wainwright's "Flame Simulation Device", gepatenteerd op 24 oktober 2006 (Amerikaans octrooischrift 7.125.142) Ik kan me zelfs een veiligere versie voorstellen van de kaarsen die de bomen van Martin Luther en Victoria en Albert verlichtten. Immers, zoals uitvinder Harry Wainwright in zijn patent voor een 'Flame Simulation Device' uit 2006 heeft beschreven, kunnen LED's worden gerangschikt om er echt uit te zien als echte kaarsen.
