Immergrüne Bäume haben einen besonderen Platz bei der Feier der Wintersonnenwende eingenommen. Um den kürzesten Tag des Jahres und den offiziellen Beginn des Winters zu markieren, hängten die Menschen im vorchristlichen Europa immergrüne Äste über Türen und Fenster, als Talisman, um das Böse fernzuhalten und als Symbol für die Hoffnung auf Frühling und ewiges Leben. Als das Christentum im 3. und 4. Jahrhundert nach Christus in Europa Einzug hielt, wurde die Tradition des Dekorierens mit immergrünen Zweigen in die Weihnachtszeit übernommen.
Im Deutschland des 16. Jahrhunderts wurde es zur Tradition, einen lebenden immergrünen Baum ins Haus zu bringen und zu schmücken. Dem protestantischen Reformator Martin Luther wird historisch zugeschrieben, dass er Weihnachtsbäume in seinem Haus mit Kerzen und Lichtern versehen hat, nachdem er Bäume gesehen hat, die nachts von den Sternen beleuchtet wurden. Mit Kerzen beleuchtete Bäume wurden zu einer deutschen Tradition, die von frühen deutschen Siedlern in die Vereinigten Staaten gebracht wurde, obwohl sie in den USA erst zu einer Sensation wurden, als eine Gravur des Weihnachtsbaums der britischen Königsfamilie in Windsor Castle in den Illustrated London News veröffentlicht wurde 1848. Prinz Albert war Deutscher, und Königin Victorias Mutter war ebenfalls Deutscher gewesen, so dass geschmückte Bäume der königlichen Familie etwas vertrautes waren. Diese Gravur zeigt einen abgestuften Baum, der mit Ornamenten bedeckt ist, und brennende Kerzen, popularisierte Weihnachtsbäume. Sie waren die Trendsetter des Tages; wie Victoria und Albert folgte der Rest der Welt.
Ein Stich von Königin Victoria, Prinz Albert und ihren Kindern, die den königlichen Weihnachtsbaum im Dezember 1848 bewundern. (Webster Museum) Es war sehr gefährlich, einen Baum mit Kerzen zu entzünden. Der Baum musste frisch sein. Das Anzünden des Weihnachtsbaums umfasste normalerweise Eimer mit Wasser, die in der Nähe platziert wurden, um den Baum zu übergießen, wenn dieser oder die Umgebung Feuer fingen. Angesichts all dieser Vorsichtsmaßnahmen würden die Kerzen an Heiligabend einmal angezündet.
Im Jahr 1882, nachdem Thomas Edison eine praktische elektrische Glühbirne entwickelt hatte, schuf Edward Johnson, sein Freund und Partner bei Edisons Illumination Company, den ersten Satz „Weihnachtslichter“, eine Reihe von 80 roten, weißen und blauen Lichtern, die er umwickelte sein Weihnachtsbaum. Im Jahr 1895 wurde der Weihnachtsbaum des Weißen Hauses von Hunderten von mehrfarbigen Glühlampen beleuchtet.
1901 General Electric Werbung Glühlampen beleuchteten Weihnachtsbäume im gesamten 20. Jahrhundert. Obwohl es Verbesserungen gab, funktionierten sie alle auf die gleiche Art und Weise wie Edisons ursprüngliche Glühbirne: Der Strom fließt durch das Filament in der Glühbirne, das Filament erwärmt sich durch elektrischen Widerstand, die Glühbirne wird sehr heiß und Licht wird erzeugt, wenn sich Metalle in der Glühbirne befinden werden so heiß, dass Elektronen auf eine höhere Umlaufbahn angeregt werden und fast sofort auf ihre ursprüngliche Umlaufbahn zurückfallen.
Die Farbe des erzeugten Lichts steht in direktem Zusammenhang mit der Anregung von Elektronen in dem zur Herstellung der Lichtquelle verwendeten Material. Elektronen springen von einer Orbitalebene, die als HOMO oder höchstes besetztes Molekülorbital bezeichnet wird, zum nächsten LUMO oder niedrigsten nicht besetzten Molekülorbital, und wenn sich das Elektron entspannt, wird elektromagnetische Strahlung wie sichtbares Licht abgegeben. Die Art der elektromagnetischen Strahlung hängt von der Entfernung zwischen den beiden Ebenen ab (HOMO-LUMO).
Die durch diese Anregung erzeugte Lichtfarbe hängt auch vom Abstand zwischen den Umlaufebenen ab. Herkömmliche Edison-Lampen (Glühlampen) erzeugen weißes Licht, da es viele verschiedene Energieniveaus gibt, sodass alle Farben des Spektrums erzeugt werden. Dies ist der Grund, warum weißes Licht von einer Glühbirne durch ein Prisma in verschiedene Farben zerfällt.
Glühlampen sind nicht besonders energieeffizient - ein guter Prozentsatz der Energie geht als Wärme verloren. Glühbirnen sind zwar viel sicherer als die Verwendung von Kerzen zum Anzünden eines Baumes und können auch mehrmals verwendet werden, sie werden jedoch immer noch sehr heiß. Viele trockene Weihnachtsbäume haben sich durch die Hitze der Glühbirnen entzündet, die trockene, extrem entflammbare, immergrüne Nadeln entzünden.
LED (Light Emitting Diode) -Weihnachtslichter bieten hingegen Vorteile in Bezug auf Energieeffizienz und Temperatur sowie neue Lichtdesigns und -techniken. LEDs erzeugen Licht auf die gleiche Weise wie Glühlampen auf Quantenniveau: Elektronen werden angeregt und geben Licht ab, wenn sie sich entspannen. Der Unterschied besteht darin, wie diese Anregung auftritt: Bei einer LED regt der Strom, der durch das Material fließt, direkt die Elektronen an, nicht die Wärme. Mit diesem Verfahren verbrauchen LED-Leuchten 80 bis 90 Prozent weniger Energie als vergleichbare Weihnachtsglühlampen.
LEDs wurden erstmals von James Biard und Gary Pittman patentiert, als sie für Texas Instruments arbeiteten. Ihr am 20. Dezember 1966 erteiltes Patent (Patent Nr. 3, 293, 513) mit dem Titel "Semiconductor Radiant Diode" beschreibt das erste patentierte Halbleiterbauelement, das Licht aus Elektrizität erzeugt. Die Gallium-Arsenid-Diode erzeugte Infrarotlicht, das für das menschliche Auge nicht sichtbar ist.
"Semiconductor Radiant Diode" von JR Biard et al., Patentiert am 20. Dezember 1966 (US-Patent Nr. 3, 293, 513) Während seiner Arbeit bei General Electric erfand Nick Holonyak die erste LED, die sichtbares Licht, in diesem Fall rot, erzeugte, indem er Galliumarsenid mit Phosphor modifizierte, wodurch das von den Kristallen emittierte Licht von Infrarot zu Rot verschoben wurde. Die Grundlage dieser Arbeit bildet sein am 3. Mai 1966 erteiltes Patent (Patent Nr. 3, 249, 473).
Im Gegensatz zu Glühbirnen, die ein breites Lichtspektrum erzeugen und weiß erscheinen, sofern sie nicht mit einer Farbe überzogen sind, um die Farbe zu ändern, erzeugen LED-Leuchten eine Farbe, die von den für die Erzeugung des Lichts ausgewählten Verbindungen abhängt Verbindungen, die rotes Licht emittieren, blaue Verbindungen, die blaues Licht emittieren, und so weiter. Weiße LED-Lichter sind unterschiedlich. Es gibt einige Materialien wie Yttrium-Aluminium-Granat (Y 3 AL 5 O 12 ), die beim Einsetzen von LEDs ein weißes Licht erzeugen. Die meisten weißen LED-Leuchten erzeugen jedoch Licht, indem sie verschiedene lichtemittierende Verbindungen innerhalb der Lampenstruktur sorgfältig kombinieren (z. B. typischerweise eine blau emittierende Verbindung, eine rot emittierende Verbindung und eine grün emittierende Verbindung).
Ein großer Fortschritt in der Produktion roter LEDs ging auf die Arbeit von Paul Bailey und seinen Kollegen bei Monsanto zurück, denen Pat. Sie erfanden eine zweidimensionale Anordnung von LEDs, bei der die Lichter individuell gesteuert werden konnten. Während diese Struktur rotes Licht in einem Gittermuster erzeugte, "können sich Fachleute leicht andere Kombinationen und Materialien vorstellen, um verschiedene Farben oder Mehrfarbenanzeigen bereitzustellen."
"Integrated Semiconductor Light-Emitting Display Array" von Bailey et al., Patentiert am 2. August 1977 (US-Patent Nr. 4, 039, 890) Dieses wegweisende Patent bildete die Grundlage für LED-Bildschirmanzeigen, die von Computern über Fernseher bis hin zu Telefonen eingesetzt werden. LED-Bildschirme erzeugen unterschiedliche Farben, indem sie rotes, grünes und blaues Licht in unterschiedlichen Kombinationen mischen. Basierend auf dem RGB-Farbmodell (Rot-Grün-Blau) können aus diesen drei Farben beliebige Farben erzeugt werden.
Modernes LED-Array mit roten, grünen und blauen Lichtern (Martin Kraft via WikiCommons) Das Pixel-Array einer modernen LED bildet die Grundlage für abstimmbare Weihnachtslichter und Displays, auf denen einzelne Lichter gesteuert werden. So wie ein Pixel auf einem Bildschirm die Farbe ändert, um einen Teil eines Bildes anzuzeigen, können Weihnachtslichter mit roten, grünen und blauen LEDs in derselben Lampe jede Farbe des Regenbogens sowie weißes Licht erzeugen. Die einzelnen Lichter können ein- und ausgeschaltet und die Farbe geändert werden.
Man kann jetzt einen Satz Lichter auf einem Weihnachtsbaum haben und sie zu jeder gewünschten Farbe ändern lassen. Diese Art von Technologie ermöglicht auch große Displays im Freien, bei denen die Lichter über ein Gebäude tanzen und die Farben synchron zur Musik ändern können. Diese Lichter und computergesteuerten Steuerungen, die von Jahr zu Jahr für technisch versierte Verbraucher zugänglich werden, haben mehr mit Fernsehbildschirmen zu tun als die frühen roten, weißen und blauen Lichter, die Edward Johnson um seinen Weihnachtsbaum wickelte.
Am 24. Dezember 2013 hat Pat. Das US-Patent Nr. 8.614.632 wurde Kenneth Wells und Victor Hatch für ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Lichtquelle gemäß einer Schallquelle erteilt. Dieses System steuert RGB-Lichter und wandelt Schallwellen in Signale um, die die Lichter steuern Anstatt also die Lichter für die Musik programmieren zu müssen, kann das System die Musik interpretieren und eine Lichtshow produzieren.
Wells et al. "Verfahren und Vorrichtung zum Steuern einer Lichtquelle in Übereinstimmung mit einer Schallquelle", patentiert am 24. Dezember 2013 (US-Patent Nr. 8, 614, 632) Also, wo werden die Christbaumlichter von hier hingehen? Ich habe ein paar Vorhersagen.
Die Farbe der weißen LED-Lichter wird sich verbessern und je mehr Menschen LED-Lichter verwenden, desto geringer werden der Energieverbrauch und die Betriebskosten der Lampen. Die Art und Weise, wie Weihnachtsbäume beleuchtet werden, wird sich weiterentwickeln und die Lichter werden immer weniger wie die ursprünglich verwendeten Glühlampen. Sie können klein und gleichzeitig hell sein und müssen nicht die Form der ursprünglichen Glühbirne annehmen.
Wainwrights "Flame Simulating Device", patentiert am 24. Oktober 2006 (US-Patent Nr. 7.125.142) Ich kann mir sogar eine sicherere Version der Kerzen vorstellen, die die Bäume von Martin Luther, Victoria und Albert entzündeten. Wie der Erfinder Harry Wainwright in seinem Patent von 2006 für ein „Flammensimulationsgerät“ beschrieben hat, können LEDs so angeordnet werden, dass sie tatsächlich wie echte Kerzen aussehen.
