Gli alberi sempreverdi hanno avuto un posto speciale nella celebrazione del solstizio d'inverno. Per celebrare il giorno più corto dell'anno e l'inizio ufficiale dell'inverno, le persone nell'Europa precristiana appesero rami sempreverdi su porte e finestre, come un talismano per tenere lontano il male e un simbolo della speranza della primavera e della vita eterna. Con la diffusione del cristianesimo in Europa nel III e IV secolo d.C., la tradizione della decorazione con rami sempreverdi fu incorporata nel Natale.
Portare un albero sempreverde vivo in casa e decorarlo divenne una tradizione nella Germania del 16 ° secolo. Il riformatore protestante Martin Luther è storicamente accreditato di aver aggiunto candele e illuminazione agli alberi di Natale nella sua casa dopo aver visto gli alberi illuminati dalle stelle di notte. Gli alberi a lume di candela sono diventati una tradizione tedesca, uno portato negli Stati Uniti dai primi coloni tedeschi, anche se non sono stati una sensazione negli Stati Uniti fino a quando un'incisione dell'albero di Natale della famiglia reale britannica al Castello di Windsor è stata pubblicata in The Illustrated London News nel 1848. Il principe Alberto era tedesco e anche la madre della regina Vittoria era tedesca, quindi gli alberi decorati erano qualcosa di familiare alla famiglia reale. Questa incisione, che mostra un albero a più livelli coperto di ornamenti e candele accese, diffonde alberi di Natale. Erano i trend setter del giorno; come fecero Victoria e Albert, seguì il resto del mondo.
Un'incisione della regina Vittoria, il Principe Alberto e i loro figli ammirando l'albero di Natale reale nel dicembre 1848. (Webster Museum) Accendere un albero con le candele era molto pericoloso; l'albero doveva essere fresco. In genere, l'illuminazione dell'albero di Natale comportava secchi pieni d'acqua posizionata nelle vicinanze per spegnere l'albero se esso o l'area circostante prendevano fuoco. Date tutte queste precauzioni, le candele sarebbero accese una volta alla vigilia di Natale.
Nel 1882, dopo che Thomas Edison sviluppò una pratica lampadina elettrica, Edward Johnson, suo amico e partner della Edison's Illumination Company, creò il primo set di "luci di Natale", una serie di 80 luci rosse, bianche e blu, che avvolse intorno il suo albero di Natale. Nel 1895, l'albero di Natale della Casa Bianca fu illuminato da centinaia di luci a incandescenza multicolori.
Annuncio di General Electric del 1901 Le luci a incandescenza hanno illuminato gli alberi di Natale durante il XX secolo. Mentre ci sono stati miglioramenti, hanno funzionato tutti allo stesso modo della lampadina originale di Edison: i flussi di elettricità pensavano che il filamento nella lampadina, il filamento si riscaldasse per resistenza elettrica, la lampadina si surriscalda e la luce viene prodotta quando i metalli nel filamento diventano così caldi che gli elettroni sono eccitati a livelli orbitali più elevati e quasi immediatamente ritornano al loro livello orbitale originale.
Il colore della luce prodotta è direttamente correlato all'eccitazione degli elettroni nel materiale utilizzato per creare la sorgente luminosa. Gli elettroni saltano da un livello orbitale, chiamato HOMO, o orbitale molecolare più occupato, al successivo LUMO, o orbitale molecolare non occupato più basso, e quando l'elettrone si rilassa, le radiazioni elettromagnetiche, come la luce visibile, vengono emesse. La natura della radiazione elettromagnetica è correlata alla distanza tra i due livelli (HOMO-LUMO).
Il colore della luce prodotta da questa eccitazione dipende anche dalla distanza tra i livelli orbitali. Le lampadine tradizionali Edison (a incandescenza) producono una luce bianca perché ci sono molti livelli di energia diversi, quindi vengono prodotti tutti i colori dello spettro. Questo è il motivo per cui quando metti la luce bianca da una lampadina attraverso un prisma, questa si divide in diversi colori.
Le lampadine a incandescenza non sono particolarmente efficienti dal punto di vista energetico: una buona percentuale di energia viene persa sotto forma di calore. E mentre le lampadine a incandescenza sono molto più sicure rispetto all'utilizzo di candele per illuminare un albero e possono essere utilizzate più di una volta, fanno ancora molto caldo. Molti alberi di Natale secchi hanno preso fuoco dal calore generato dai bulbi che accendono aghi secchi, estremamente infiammabili, sempreverdi.
Le luci di Natale a LED (Light Emitting Diode), d'altra parte, offrono vantaggi in termini di efficienza energetica e temperatura, oltre a nuovi design e tecniche di illuminazione. I LED producono luce allo stesso modo delle luci a incandescenza a livello quantico: gli elettroni sono eccitati e rilasciano luce quando si rilassano. La differenza sta nel modo in cui si verifica questa eccitazione: nel caso di un LED, l'elettricità che attraversa il materiale eccita direttamente gli elettroni, non il calore. Con questo processo, le luci a LED consumano dall'80 al 90 percento in meno di energia rispetto a luci di Natale a incandescenza comparabili.
I LED sono stati prima brevettati da James Biard e Gary Pittman mentre lavoravano per Texas Instruments. Il loro brevetto (brevetto n. 3.293.513), intitolato "Semiconductor Radiant Diode" e concesso il 20 dicembre 1966, descriveva il primo dispositivo a stato solido brevettato per produrre luce dall'elettricità. Il diodo al gallio-arsenuro ha prodotto luce infrarossa, che non è visibile all'occhio umano.
"Diodo radiante a semiconduttore" di JR Biard et al., Brevettato il 20 dicembre 1966 (brevetto USA n. 3.293.513) Mentre lavorava alla General Electric, Nick Holonyak ha inventato il primo LED per produrre luce visibile, in questo caso rosso, modificando l'arseniuro di gallio con fosforo, che ha spostato la luce emessa dai cristalli dall'infrarosso al rosso. La fondazione di quest'opera è coperta dal suo brevetto (brevetto n. 3.249.473), concesso il 3 maggio 1966.
A differenza delle lampadine a incandescenza che producono un ampio spettro di luce e appaiono bianche a meno che non siano rivestite con una vernice per cambiare il colore, le luci a LED producono il colore a seconda dei composti scelti per produrre la luce: una stringa rossa di luci di Natale a LED può essere fatta da composti che emettono luci rosse, quelli blu da composti che emettono luce blu e così via. Le luci a LED bianche sono diverse. Ci sono alcuni materiali, come il granato di ittrio e alluminio (Y 3 AL 5 O 12 ), che quando vengono inseriti nei LED producono una luce bianca. Tuttavia, la maggior parte delle luci a LED bianche produce luce combinando attentamente diversi composti emettitori di luce all'interno della struttura del bulbo (ad es. Tipicamente un composto che emette blu, un composto che emette rosso e uno che emette verde).
Un grande progresso nella produzione di LED rossi venne dal lavoro di Paul Bailey e dei suoi colleghi che lavoravano alla Monsanto, a cui fu concesso Pat. 4.039.890 del 2 agosto 1977. Inventarono una serie di LED bidimensionali, in cui le luci potevano essere controllate individualmente. Mentre questa struttura ha prodotto luce rossa in un modello a griglia, "Altre combinazioni e materiali possono essere facilmente immaginati dagli esperti del settore per fornire display a colori o multicolori diversi".
"Array display a emissione di luce a semiconduttore integrata di Bailey et al", brevettato il 2 agosto 1977 (brevetto USA n. 4.039.890) Questo brevetto fondamentale ha fornito una base per schermi LED utilizzati per qualsiasi cosa, dai computer ai televisori ai telefoni. Gli schermi a LED producono colori diversi mescolando luci rosse, verdi e blu in diverse combinazioni; basato sul modello di colore RGB (rosso-verde-blu), qualsiasi colore può essere prodotto da questi tre colori.
Matrice LED moderna di luci rosse, verdi e blu (Martin Kraft via WikiCommons) La gamma di pixel presenti in un moderno LED fornisce una base per luci natalizie sintonizzabili e display in cui le singole luci sono controllate. Allo stesso modo in cui un pixel su uno schermo cambia colore per visualizzare parte di un'immagine, le luci di Natale con LED rossi, verdi e blu che emettono nella stessa lampadina possono produrre qualsiasi colore dell'arcobaleno, oltre alla luce bianca. Le singole luci possono essere accese e spente e il colore può essere cambiato.
Ora è possibile avere un set di luci su un albero di Natale e cambiarlo nel colore desiderato. Questo tipo di tecnologia consente anche ampi display esterni in cui le luci possono sia ballare attraverso un edificio sia cambiare i colori sincronizzati con la musica. Queste luci e controller computerizzati, che ogni anno diventano sempre più accessibili ai consumatori esperti di tecnologia, hanno più in comune con gli schermi televisivi che la prima serie di luci rosse, bianche e blu che Edward Johnson ha avvolto attorno al suo albero di Natale.
Il 24 dicembre 2013, Pat. 8.614, 632 è stato concesso a Kenneth Wells e Victor Hatch per un "Metodo e apparato per il controllo di una sorgente di luce in accordo con una fonte di suono". Questo sistema controlla le luci RGB e converte le onde sonore in segnali che controllano le luci, quindi invece di dover programmare le luci sulla musica, si può consentire al sistema di interpretare la musica e produrre uno spettacolo di luci.
"Metodo e apparato di Wells et al per il controllo di una sorgente di luce secondo una sorgente di suono", brevettato il 24 dicembre 2013 (brevetto USA n. 8.614.632) Quindi dove andranno le luci dell'albero di Natale da qui? Ho alcune previsioni.
Il colore delle luci bianche a LED migliorerà e man mano che sempre più persone usano le luci a LED, il consumo di energia e il costo delle luci operative diminuiranno. Il modo in cui gli alberi di Natale saranno illuminati continuerà ad evolversi e le luci diventeranno sempre meno simili alle luci a incandescenza originali utilizzate; possono essere piccoli e allo stesso tempo luminosi e non devono assumere la forma della lampadina originale.
Il "dispositivo di simulazione della fiamma" di Wainwright, brevettato il 24 ottobre 2006 (brevetto USA n. 7.125.142) Posso anche immaginare una versione più sicura delle candele che hanno illuminato gli alberi di Martin Luther, Victoria e Albert. Dopotutto, come ha descritto l'inventore Harry Wainwright nel suo brevetto del 2006 per un "dispositivo di simulazione della fiamma", i LED possono essere disposti in modo da sembrare delle vere candele.
