Pohon cemara telah mengadakan tempat khusus dalam merayakan titik balik matahari musim dingin. Untuk menandai hari terpendek tahun ini dan awal resmi musim dingin, orang-orang di Eropa pra-Kristen menggantung dahan-dahan hijau di pintu dan jendela, sebagai jimat untuk mengusir kejahatan dan simbol harapan musim semi dan kehidupan abadi. Ketika agama Kristen menyebar ke Eropa pada abad ke-3 dan ke-4, tradisi menghias dengan dahan hijau selalu dimasukkan ke dalam Natal.
Membawa pohon cemara hidup di dalam ruangan dan menghiasinya menjadi tradisi di Jerman abad ke-16. Reformator Protestan Martin Luther secara historis dikreditkan dengan menambahkan lilin dan penerangan ke pohon Natal di rumahnya setelah melihat pohon-pohon diterangi oleh bintang-bintang di malam hari. Pohon yang diterangi lilin menjadi tradisi Jerman, yang dibawa ke Amerika Serikat oleh pemukim awal Jerman, meskipun mereka tidak menjadi sensasi di AS sampai ukiran pohon Natal keluarga kerajaan Inggris di Windsor Castle diterbitkan di The Illustrated London News pada tahun 1848. Pangeran Albert adalah orang Jerman, dan ibu Ratu Victoria juga orang Jerman, jadi pohon-pohon yang dihias adalah sesuatu yang akrab bagi keluarga kerajaan. Ukiran ini, menunjukkan pohon berjenjang yang ditutupi ornamen dan lilin, mempopulerkan pohon Natal. Mereka adalah trend setter hari itu; seperti yang dilakukan Victoria dan Albert, seluruh dunia mengikuti.
Ukiran Ratu Victoria, Pangeran Albert dan anak-anak mereka mengagumi pohon Natal kerajaan pada bulan Desember 1848. (Webster Museum) Menyalakan pohon dengan lilin sangat berbahaya; pohon itu harus segar. Biasanya, penerangan pohon Natal melibatkan ember berisi air yang ditempatkan di dekatnya untuk memadamkan pohon jika itu atau daerah sekitarnya terbakar. Mengingat semua tindakan pencegahan ini, lilin akan menyala sekali pada Malam Natal.
Pada tahun 1882, setelah Thomas Edison mengembangkan bola lampu listrik yang praktis, Edward Johnson, teman dan rekannya di Edison's Illumination Company, menciptakan set pertama "lampu Natal, " string 80 lampu merah, putih dan biru, yang ia lilit di sekelilingnya. pohon natalnya. Pada tahun 1895, pohon Natal Gedung Putih diterangi oleh ratusan lampu pijar multi-warna.
1901 iklan General Electric Lampu pijar menerangi pohon Natal sepanjang abad ke-20. Sementara ada perbaikan, mereka semua berfungsi dengan cara dasar yang sama seperti bola lampu asli Edison: aliran listrik mengira filamen dalam bola, filamen memanas oleh hambatan listrik, bola menjadi sangat panas, dan cahaya dihasilkan ketika logam dalam filamen menjadi begitu panas sehingga elektron tereksitasi ke tingkat orbital yang lebih tinggi dan hampir segera jatuh kembali ke tingkat orbital aslinya.
Warna cahaya yang dihasilkan berhubungan langsung dengan eksitasi elektron pada material yang digunakan untuk membuat sumber cahaya. Elektron melompat dari satu tingkat orbital, yang disebut HOMO, atau orbital molekul tertinggi yang ditempati, ke LUMO berikutnya, atau orbital molekul rendah yang tidak dihuni, dan ketika elektron kembali santai, radiasi elektromagnetik, seperti cahaya tampak, dilepaskan. Sifat radiasi elektromagnetik terkait dengan jarak antara dua tingkat (HOMO-LUMO).
Warna cahaya yang dihasilkan oleh eksitasi ini juga tergantung pada jarak antara tingkat orbital. Lampu Edison tradisional (pijar) menghasilkan cahaya putih karena ada banyak tingkat energi yang berbeda, sehingga semua warna spektrum dihasilkan. Inilah sebabnya mengapa ketika Anda menempatkan cahaya putih dari bola lampu melalui prisma itu pecah menjadi warna yang berbeda.
Bola lampu pijar tidak terlalu hemat energi - sebagian besar energi hilang sebagai panas. Dan sementara lampu pijar jauh lebih aman daripada menggunakan lilin untuk menyalakan pohon, dan mereka dapat digunakan lebih dari sekali, mereka masih menjadi sangat panas. Banyak pohon Natal yang kering terbakar dari panas yang dihasilkan oleh umbi-umbian yang membakar jarum kering yang sangat mudah terbakar.
LED (Light Emitting Diode) Lampu Natal, di sisi lain, memberikan keuntungan, jika menyangkut efisiensi energi dan suhu, serta desain dan teknik pencahayaan baru. LED menghasilkan cahaya dengan cara yang sama seperti yang dilakukan lampu pijar pada tingkat kuantum: elektron bersemangat dan mengeluarkan cahaya saat mereka rileks. Perbedaannya terletak pada bagaimana eksitasi ini terjadi: dalam kasus LED, listrik yang mengalir melalui material secara langsung menggairahkan elektron, bukan panas. Dengan proses ini, lampu LED menggunakan energi 80 hingga 90 persen lebih sedikit daripada lampu Natal pijar yang sebanding.
LED pertama kali dipatenkan oleh James Biard dan Gary Pittman saat bekerja untuk Texas Instruments. Paten mereka (Pat. No. 3.293.513), berjudul "Semiconductor Radiant Diode" dan diberikan pada tanggal 20 Desember 1966, menggambarkan perangkat solid state pertama yang dipatenkan untuk menghasilkan cahaya dari listrik. Dioda gallium-arsenide menghasilkan cahaya inframerah, yang tidak terlihat oleh mata manusia.
"Semiconductor Radiant Diode, " JR Biard dkk, dipatenkan pada 20 Desember 1966 (Paten AS No. 3.293.513) Saat bekerja di General Electric, Nick Holonyak menemukan LED pertama yang menghasilkan cahaya tampak, dalam hal ini merah, dengan memodifikasi gallium-arsenide dengan fosfor, yang menggeser cahaya yang dipancarkan oleh kristal dari inframerah ke merah. Fondasi karya ini dilindungi oleh patennya (Paten No. 3.249.473), diberikan pada 3 Mei 1966.
Tidak seperti bola lampu pijar yang menghasilkan spektrum cahaya yang luas dan tampak putih kecuali jika dilapisi dengan cat untuk mengubah warna, lampu LED menghasilkan warna tergantung pada senyawa yang dipilih untuk menghasilkan cahaya: benang merah lampu Natal LED dapat dibuat dari senyawa yang memancarkan lampu merah, yang biru dari senyawa yang memancarkan cahaya biru, dan sebagainya. Lampu LED putih berbeda. Ada beberapa bahan, seperti bahan Yttrium-Aluminium garnet (Y 3 AL 5 O 12 ), yang ketika dimasukkan ke dalam LED menghasilkan cahaya putih. Namun, sebagian besar lampu LED putih menghasilkan cahaya dengan secara hati-hati menggabungkan senyawa pemancar cahaya yang berbeda dalam struktur bohlam (misalnya senyawa pemancar biru, senyawa pemancar merah dan pemancar hijau).
Kemajuan besar dalam produksi LED merah datang dari karya Paul Bailey dan rekan-rekannya yang bekerja di Monsanto, yang diberi Pat. 4.039.890 pada 2 Agustus 1977. Mereka menemukan array dua dimensi LED, di mana lampu dapat dikontrol secara individual. Sementara struktur ini menghasilkan lampu merah dalam pola kisi-kisi, "Kombinasi dan bahan lainnya dapat dengan mudah dibayangkan oleh mereka yang ahli dalam bidang ini untuk memberikan tampilan warna atau multicolor yang berbeda."
"Array Tampilan Pemancar Cahaya Semikonduktor Terpadu Bailey et al, " dipatenkan 2 Agustus 1977 (Paten AS No. 4.039.890) Paten seminal ini memberikan dasar untuk tampilan layar LED yang digunakan untuk segala sesuatu dari komputer ke televisi ke telepon. Layar LED menghasilkan warna yang berbeda dengan memadukan lampu merah, hijau dan biru dalam kombinasi berbeda; berdasarkan model warna RGB (merah-hijau-biru), warna apa pun dapat dihasilkan dari ketiga warna ini.
Array LED modern dari lampu merah, hijau dan biru (Martin Kraft via WikiCommons) Array piksel yang ada dalam LED modern memberikan dasar untuk lampu Natal yang dapat merdu dan menampilkan di mana lampu individual dikontrol. Dengan cara yang sama bahwa piksel pada layar berubah warna untuk menampilkan bagian gambar, lampu Natal dengan LED merah, hijau dan biru di bohlam yang sama dapat menghasilkan warna pelangi, serta cahaya putih. Lampu individual dapat dinyalakan dan dimatikan, dan warnanya berubah.
Seseorang sekarang dapat memiliki satu set lampu di pohon Natal dan mengubahnya ke warna apa pun yang diinginkan. Jenis teknologi ini juga memungkinkan tampilan luar yang besar di mana lampu dapat menari di seluruh gedung dan mengubah warna yang disinkronkan dengan musik. Lampu-lampu ini dan pengontrol yang terkomputerisasi, yang menjadi lebih mudah diakses oleh konsumen yang paham teknologi setiap tahun, memiliki lebih banyak kesamaan dengan layar televisi daripada rangkaian awal lampu merah, putih dan biru yang dibungkus Edward Johnson di sekitar pohon Natalnya.
Pada 24 Desember 2013, Pat. No. 8.614, 632 diberikan kepada Kenneth Wells dan Victor Hatch untuk “Metode dan Peralatan untuk Mengontrol Sumber Cahaya sesuai dengan Sumber Suara.” Sistem ini mengontrol lampu RGB dan mengubah gelombang suara menjadi sinyal yang mengontrol lampu., jadi daripada harus memprogram lampu ke musik, orang dapat memungkinkan sistem untuk menafsirkan musik dan menghasilkan pertunjukan cahaya.
Wells et al "Metode dan Peralatan untuk Mengontrol Sumber Cahaya sesuai dengan Sumber Suara, " dipatenkan pada 24 Desember 2013 (Paten AS No. 8.614.632) Jadi ke mana lampu pohon Natal pergi dari sini? Saya punya beberapa prediksi.
Warna lampu putih LED akan meningkat, dan karena semakin banyak orang menggunakan lampu LED, penggunaan energi dan biaya lampu operasi akan turun. Cara pohon-pohon Natal akan menyala akan terus berevolusi, dan lampu-lampu akan menjadi semakin kurang seperti lampu pijar asli yang digunakan; mereka bisa kecil dan pada saat yang sama cerah, dan tidak perlu berbentuk seperti bola lampu asli.
Wainwright "Flame Simulating Device, " dipatenkan pada 24 Oktober 2006 (US Patent 7.125.142) Saya bahkan dapat membayangkan versi lilin yang lebih aman yang menyalakan pohon Martin Luther dan Victoria dan Albert. Lagipula, seperti yang dijelaskan oleh penemu Harry Wainwright dalam patennya tahun 2006 untuk "Perangkat Simulasi Api, " LED dapat diatur agar benar-benar terlihat seperti lilin sungguhan.
