Stedsegrønne træer har haft et særligt sted i at fejre vintersolverv. For at markere den korteste dag i året og den officielle start på vinteren hang folk i det førkristne Europa stedsegrønne grene over døre og vinduer som en talisman for at holde det onde væk og et symbol på håbet om foråret og det evige liv. Efterhånden som kristendommen spredte sig til Europa i 3. og 4. århundrede e.Kr., blev traditionen med dekorering med stedsegrønne grene indarbejdet i julen.
At bringe et levende stedsegrønne træ indendørs og dekorere det blev en tradition i det 16. århundrede Tyskland. Den protestantiske reformator Martin Luther er historisk krediteret med at tilføje lys og belysning til juletræer i sit hjem efter at have set træer oplyst af stjernerne om natten. Lysbelysede træer blev en tysk tradition, en bragt til De Forenede Stater af de tidlige tyske nybyggere, skønt de ikke blev en sensation i USA, før der blev offentliggjort en gravering af den britiske kongefamils juletræ ved Windsor Castle i The Illustrated London News i 1848. Prins Albert var tysk, og dronning Victorias mor havde også været tysk, så dekorerede træer var noget kendt for kongefamilien. Denne gravering, der viser et lagbundet træ dækket af ornamenter og tændte lys, populariserede juletræer. De var dagens trendsættere; som Victoria og Albert gjorde, fulgte resten af verden.
En gravering af dronning Victoria, prins Albert og deres børn, der beundrer det kongelige juletræ i december 1848. (Webster Museum) Det var meget farligt at tænde et træ med stearinlys; træet skulle være friskt. Typisk involverede belysning af juletræet spande fyldt med vand placeret i nærheden for at slukke træet, hvis det eller det omkringliggende område fyrede op. I betragtning af alle disse forholdsregler ville lysene blive tændt en gang på julaften.
I 1882, efter at Thomas Edison udviklede en praktisk elektrisk lyspære, skabte Edward Johnson, hans ven og partner i Edisons Illumination Company, det første sæt "julelys", en streng med 80 røde, hvide og blå lys, som han slyngede rundt hans juletræ. I 1895 blev Det Hvide Hus juletræ oplyst af hundreder af flerfarvede glødelamper.
1901 General Electric-reklame Glødelys oplyste juletræer i hele det 20. århundrede. Mens der var forbedringer, fungerede de alle på samme grundlæggende måde som Edisons oprindelige pære: elektricitetsstrømme troede glødetråden i pæren, glødetråden opvarmes af elektrisk modstand, pæren bliver meget varm, og der produceres lys, når metaller i glødetråden bliver så varme, at elektroner er begejstrede for højere orbitalniveauer og falder næsten øjeblikkeligt tilbage til deres oprindelige orbitalniveau.
Farven på det producerede lys er direkte relateret til excitationen af elektroner i det materiale, der bruges til at fremstille lyskilden. Elektroner hopper fra et orbitalniveau, kaldet HOMO, eller højest besatte molekylære orbital, til det næste LUMO, eller laveste ubesatte molekylære orbital, og når elektronet slapper af, frigives elektromagnetisk stråling, såsom synligt lys. Arten af den elektromagnetiske stråling er relateret til afstanden mellem de to niveauer (HOMO-LUMO).
Farven på lys, der produceres ved denne excitation, er også afhængig af afstanden mellem orbitalniveauerne. Traditionelle Edison-glødepærer producerer et hvidt lys, fordi der er mange forskellige energiniveauer, så alle farver i spektret produceres. Dette er grunden til, at når du lægger hvidt lys fra en lyspære gennem et prisme, bryder det op i forskellige farver.
Glødepærer er ikke særlig energieffektive - en god procentdel af energien går tabt som varme. Og mens glødepærer er meget sikrere end at bruge stearinlys til at tænde et træ, og de kan bruges mere end én gang, bliver de stadig meget varme. Mange tørre juletræer har fyret fra den varme, der genereres af pærer, der antænder tørre, ekstremt brandfarlige, stedsegrønne nåle.
LED (Light Emitting Diode) Julelys giver på den anden side fordele, når det kommer til energieffektivitet og temperatur, såvel som nye lysdesign og teknikker. LED'er producerer lys på samme måde som glødelampe gør på et kvantniveau: elektroner er begejstrede og afgiver lys, når de slapper af. Forskellen er, hvordan denne excitation opstår: i tilfælde af en LED, er elektriciteten, der løber gennem materialet, direkte begejstrede elektronerne, ikke varme. Med denne proces bruger LED-lys 80 til 90 procent mindre energi end sammenlignelige glødende julelys.
LED'er blev først patenteret af James Biard og Gary Pittman, mens de arbejdede for Texas Instruments. Deres patent (patent nr. 3.293.513), med titlen "Semiconductor Radiant Diode" og udstedt den 20. december 1966, beskrev den første patenterede faststofenhed til at producere lys fra elektricitet. Gallium-arsenid-dioden producerede infrarødt lys, som ikke er synligt for det menneskelige øje.
JR Biard et al. "Semiconductor Radiant Diode", patenteret den 20. december 1966 (US patent nr. 3.293.513) Mens han arbejdede hos General Electric, opfandt Nick Holonyak den første LED, der producerede synligt lys, i dette tilfælde rødt, ved at modificere gallium-arsenid med fosfor, hvilket skiftede lyset, der udsendes af krystallerne, fra det infrarøde til rødt. Grundlaget for dette arbejde er dækket af hans patent (Pat. Nr. 3 249 473), der blev udstedt den 3. maj 1966.
I modsætning til glødepærer, der producerer et bredt spektrum af lys og forekommer hvide, medmindre de er belagt med en maling for at ændre farven, producerer LED-lys farve afhængigt af de forbindelser, der er valgt til at producere lyset: en rød streng af LED-julelys kan fremstilles af forbindelser, der udsender rødt lys, blå fra forbindelser, der udsender blåt lys, og så videre. Hvide LED-lys er forskellige. Der er nogle få materialer, såsom Yttrium-Aluminium granat (Y 3 AL 5 O 12 ) materialer, som når de sættes i LED'er producerer et hvidt lys. De fleste hvide LED-lys producerer imidlertid lys ved omhyggeligt at kombinere forskellige lysemitterende forbindelser i pærestrukturen (f.eks. Typisk en blåemitterende forbindelse, en rødemitterende forbindelse og en grønemitterende forbindelse).
En stor fremgang i produktionen af røde lysdioder kom fra arbejdet med Paul Bailey og hans kolleger, der arbejdede på Monsanto, som fik Pat. Nr. 4.039.890 den 2. august 1977. De opfandt en to-dimensionel række LED'er, hvor lysene kunne styres individuelt. Mens denne struktur producerede rødt lys i et gittermønster, kan "andre kombinationer og materialer let forestille sig af fagmanden for at tilvejebringe forskellige farver eller flerfarvede skærme."
Bailey et al. "Integrated Semiconductor Light-Emitting Display Array", patenteret 2. august 1977 (US patent nr. 4.039.890) Dette sædepatent gav grundlaget for LED-skærmskærme, der bruges til alt fra computere til fjernsyn til telefoner. LED-skærme producerer forskellige farver ved at blande røde, grønne og blå lys i forskellige kombinationer; baseret på RGB (rød-grøn-blå) farvemodel, kan enhver farve fremstilles fra disse tre farver.
Moderne LED-array med røde, grønne og blå lys (Martin Kraft via WikiCommons) Arrayet af pixels, der findes i en moderne LED, giver et fundament for indstillelige julelys og skærme, hvor individuelle lys styres. På samme måde som en pixel på en skærm skifter farve til at vise en del af et billede, kan julelys med røde, grønne og blåemitterende LED'er i den samme pære producere enhver regnbuens farve såvel som hvidt lys. De individuelle lys kan tændes og slukkes, og farven ændres.
Man kan nu have et sæt lys på et juletræ og få dem til at ændre sig til den ønskede farve. Denne type teknologi tillader også store udendørs skærme, hvor lys både kan danse over en bygning og ændre farver synkroniseret til musik. Disse lys og computerstyrede controllere, som bliver mere tilgængelige for teknisk kyndige forbrugere med hvert år, har mere til fælles med tv-skærme end den tidlige streng af røde, hvide og blå lys, som Edward Johnson pakket rundt om sit juletræ.
Den 24. december 2013 beskrev Pat. Nr. 8.614, 632 blev tildelt Kenneth Wells og Victor Hatch for en "metode til og apparat til styring af en kilde af lys i overensstemmelse med en kilde til lyd." Dette system kontrollerer RGB-lys og konverterer lydbølger til signaler, der styrer lysene, så i stedet for at skulle programmere lysene til musikken, kan man tillade, at systemet tolker musikken og producerer et lysshow.
Wells et al. "Metode til og apparatur til styring af en kilde til lys i overensstemmelse med en kilde til lyd", patenteret den 24. december 2013 (US patent nr. 8.614.632) Så hvor vil juletrælamper gå herfra? Jeg har et par forudsigelser.
Farven på hvide LED-lys forbedres, og efterhånden som flere mennesker bruger LED-lys, vil energiforbruget og omkostningerne ved driftslamper gå ned. Måden juletræer vil blive oplyst vil fortsætte med at udvikle sig, og lysene bliver mindre og mindre som de originale glødelamper, der blev brugt; de kan være små og på samme tid lyse og behøver ikke at have form som den originale pære.
Wainwright's "Flame Simulating Device", patenteret den 24. oktober 2006 (US patent nr. 7.125.142) Jeg kan endda forestille mig en mere sikker version af stearinlysene, der tændte træerne fra Martin Luther og Victoria og Albert. Som opfinderen Harry Wainwright beskrev i sin patent fra 2006 på en "Flammesimulerende enhed", kan alt i alt lysdioder arrangeres, så de faktisk ser ud som ægte stearinlys.
