Leichter, heller, schneller: Flüssigkristalle für Fernsehbildschirme

(f.l.t.r.) Dr. rer. nat. Kazuaki Tarumi, Dr. rer. nat. Melanie Klasen-Memmer, Dr. rer. nat. Matthias Bremer

Dr. rer. nat. Kazuaki Tarumi (Sprecher)
Dr. rer. nat. Melanie Klasen-Memmer
Dr. rer. nat. Matthias Bremer

Merck KGaA, Darmstadt

Fernsehzuschauer erwarten von TV-Bildern besondere Qualitäten: Das Bild muss hell, der Kontrast hoch sein und rasche Bewegungen sollen natürlich wirken.

Wie lassen sich diese Anforderungen bei neuen großformatigen Flachbildschirmen erfüllen?

Kazuaki Tarumi, Melanie Klasen-Memmer und Matthias Bremer suchten eine Antwort auf diese Frage. Sie basiert auf speziellen Mischungen von Flüssigkristallen. Kazuaki Tarumi ist Abteilungsleiter für Flüssigkristallforschung und Physik der Merck KGaA in Darmstadt, Melanie Klasen-Memmer arbeitet dort als Laborleiterin, Matthias Bremer leitet die Flüssigkristallsynthese.

Das Ergebnis langen Experimentierens

Die hohen Qualitätsansprüche an das Fernsehbild konnten bisher nur die klassischen Bildröhren-Fernsehgeräte erfüllen. Seit kurzem sind jedoch die ersten großformatigen Fernseher auf Flüssigkristall-Basis auf dem Markt - und beeindrucken durch eine gute Bildqualität. Das Team um Tarumi hat an dieser Entwicklung entscheidenden Anteil: Es hat seit Mitte der 90er Jahre systematisch zahlreiche flüssigkristalline Substanzen synthetisiert, verbessert und in immer wieder neuen Mischungen getestet - bis Flüssigkristall-Mischungen gefunden waren, die es ermöglichten, die neuen großen LCD-Fernsehbildschirme zu realisieren. Ein Vorteil der flachen Monitore: Im Gegensatz zur Bildröhre benötigt ein LCD-Fernseher nur rund 50 Prozent der Energie und hat eine doppelt so lange Lebensdauer.

Flüssigkristalle sind stäbchenförmige Moleküle, die sich in Schichten parallel zueinander orientieren. Unter dem Einfluss einer elektrischen Spannung lässt sich die Ausrichtung verändern. 1971 entdeckten Schweizer Forscher, dass sich dieses Prinzip zur Herstellung von Displays nutzen lässt. In einer transparenten Zelle verändert eine Schicht aus Flüssigkristallen durch Anlegen elektrischer Spannung ihre Orientierung so, dass kein Licht mehr durchgelassen wird. Liegt keine Spannung an, nehmen die Flüssigkristalle ihre ursprüngliche Anordnung wieder ein.

Die Mischung macht's

Diese Entdeckung wurde zunächst in einfachen Displays,später in PC-Monitoren umgesetzt. Dabei können die für Displays notwendigen Eigenschaften nicht durch eine einzige flüssigkristalline Substanz realisiert werden. Meist kommen Mischungen aus 20 bis 30 Komponenten zum Einsatz. Die Herausforderung besteht darin, dieses „Bouquet“ so aufeinander abzustimmen, dass es den Anforderungen der Elektronikhersteller genügt.

Diese Herausforderung haben die Forscher bei Merck bravourös gemeistert. Heute sind alle namhaften Hersteller von Flüssigkristall-Displays Kunden des Darmstädter Unternehmens. 2005 hat Merck mit Flüssigkristallen einen Umsatz von rund 740 Millionen Euro erzielt. Zu den bereits über 2500 erteilten Patenten für Materialien, Mischungen und Display-Anwendungen kommen jährlich etwa 100 neue Patente dazu.

Das Vorschlagsrecht zum Deutschen Zukunftspreis obliegt den führenden deutschen Einrichtungen aus Wissenschaft und Wirtschaft sowie Stiftungen.

Das Projekt "Leichter, heller, schneller: Flüssigkristalle für Fernsehbildschirme" wurde vom Bundesverband der Deutschen Industrie vorgeschlagen.

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2003 Erklärfilm ZDF Team 4

Leichter, heller, schneller: Flüssigkristalle für Fernsehbildschirme
Dr. rer. nat. Kazuaki Tarumi
Dr. rer. nat. Melanie Klasen-Memmer
Dr. rer. nat. Matthias Bremer

Hintergrundmaterial

Fragen an die Nominierten Dr. rer. nat. Kazuaki Tarumi
Dr. rer. nat. Melanie Klasen-Memmer
Dr. rer. nat. Matthias Bremer

Für uns hat Ihr Projekt etwas besonders Spannendes: Fast jeder geht in irgendeiner Form mit Bildschirmen um, nur kein Mensch denkt dabei an Chemie. Ohne Flüssigkristalle würde es die neue Generation der flachen Bildschirme gar nicht geben. Was ist nun das eigentlich Innovative an Ihrem Projekt, das mit der Nominierung zum Deutschen Zukunftspreis gewürdigt wurde?

Dr. rer. nat. Kazuaki Tarumi
Ein Liquid Crystal Display oder LCD besteht vereinfacht aus zwei Glasplatten; ohne Glas würden die Flüssigkristalle wegfließen. Sie brauchen das „Sandwich“ und dazwischen ist eine Flüssigkristallmischung. Wenn man darauf jetzt elektrische Spannung legt, ändern die Flüssigkristalle ihre Anordnung und dadurch entsteht ein Effekt, durch den sich das Bild verändert, weil die Flüssigkristalle je nach ihrer Anordnung viel oder wenig Licht durchlassen. Damit macht man dann dunkel und hell. Flüssigkristalle sind stäbchenförmige Moleküle, deren Eigenschaft zwischen flüssig und kristallin liegen. Sie bestehen aus verschiedenen Molekülen, die miteinander vermischt werden, um bestimmte Eigenschaften zu erzielen. Das eigentlich Innovative an unserem Flüssigkristall-Material ist nun, dass durch eine Formulierung mit neuen Substanzen wichtige Eigenschaften wesentlich verbessert werden konnten.

An dem Thema wird in Ihrem Haus ja schon sehr lange gearbeitet. Wie sind die einzelnen Entwicklungsschritte vonstatten gegangen?

Dr. rer. nat. Kazuaki Tarumi
Ich beschränke mich hier auf die Materialentwicklung für LCD-Fernseher: Die Idee für ein Material, das heute für LCD-Fernseher verwendet wird, gab es schon Ende der achtziger Jahre, aber es war gar nicht dafür gedacht, sondern für völlig andere Anwendungen. Damals hat niemand erkannt, wofür es interessant sein könnte. Herr Bremer und ich haben 1994 mit der Materialentwicklung angefangen. Wir haben schnell erkannt, dass unsere neuen Materialien für Aktiv-Matrix-LCD geeignet sind - an TV haben auch wir damals noch nicht gedacht. Dann haben wir in einem Merck- Seminar darüber in Asien referiert. In dem Seminar kam ein Abteilungsleiter der Forschung von einem japanischen Display-Hersteller auf mich zu und hat mich sehr intensiv zu diesem Thema befragt. Er konnte nicht glauben, dass das funktioniert. Mir war zu dem Zeitpunkt noch gar nicht klar, warum er mich so ausfragt. 1996 habe ich dann diese Firma besucht. Der Forschungsleiter der Firma war einer meiner Studienkollegen. Das war ein Riesenzufall; deswegen hat er mir vertraut und mich zu einer Besichtigung ins Labor geführt. Da stand - zu meiner Überraschung - ein Display mit einer diesen neuen Mischungen, die wir gerade erst vorgestellt hatten. Das Display war nicht sehr groß, so etwa zwölf Inch, das ist so groß wie das eines Notebooks. Es war für mich eine totale Überraschung, dass es tatsächlich, wie wir gesagt hatten, für Displays funktionierte. Natürlich war es noch nicht reif genug, um als Produkt auf dem Markt verkauft zu werden. Aber für einen Forscher ist es ein großer Moment, wenn er sieht: Es funktioniert!

Ist das passiert, ohne dass Sie informiert waren darüber? Haben die das einfach ohne Ihr Wissen versucht?

Dr. rer. nat. Kazuaki Tarumi
Nein, das war so: Wir wurden nach diesem Seminar öfter gebeten, unser neuestes Forschungsmaterial an verschiedene Firmen zu liefern. Aber diese Firmen stehen eigentlich in der Pflicht, Geheimnisse für sich zu behalten. Wir haben zwar schon vermutet, dass da irgend so etwas läuft, aber ich hätte auch ehrlich gesagt nicht gedacht, dass das so schnell geht.

Den Gedanken, dass das grundsätzlich funktionieren könnte, den hatten Sie?

Dr. rer. nat. Kazuaki Tarumi
Wir haben ja schon gesagt, dass es im Prinzip funktionieren muss. Aber wir bauen ja selber keine Displays. Wir brauchen die Kooperation. Diese Zusammenarbeit findet durch Besuche bei den Firmen in Japan, Korea und Taiwan statt. Und es hat mich natürlich schockiert als mir mein ehemaliger Studienkollege den Prototyp gezeigt hat. Das macht man normalerweise nicht, aber weil es so dramatisch neu war, wollte er mich überzeugen, dass es geht, damit Merck dieses Material weiter optimiert und herstellt. Dann haben wir mit hohem Tempo angefangen, Materialien zu synthetisieren. 1997 hatten wir dann die Publikation; das heißt, jeder wusste nun, dass es damit geht. Und wir haben natürlich weiter gemacht. Frau Klasen-Memmer kam 1998 zu Merck und hat am Optimierungsprozess unseres Produkts mitgearbeitet. Aber damals haben wir immer noch nicht gedacht, dass es tatsächlich auch für Fernsehgeräte geeignet ist. Es ist vielleicht nicht jedem klar, dass Fernseher spezielle Eigenschaften brauchen: Das Bild muss sehr hell sein, der Kontrast unheimlich hoch und rasche Bewegungen müssen natürlich wirken. Das war für ein LCD-Flachbild zu schwierig; die Hürde zur Fernseh-Applikation war also sehr hoch! Viele Firmen hatten schon vorher mit verschiedenen Techniken versucht, LCD-Fernseher auf den Markt zu bringen. Ohne Erfolg! Sie sind immer wieder gescheitert. Die Firma Sharp hat erfolgreich gezeigt, dass es mit unserem neuen Material - dem VA-Material (engl.: Vertically Aligned) - funktioniert. 2000 oder 2001 war auf einer LCD-Show in Yokohama in Japan ein entscheidender Moment: Man hat ein normales Bildröhren-Fernsehgerät und ein LCD-Fernsehgerät mit unserem Flüssigkristall nebeneinander gestellt - beide mit einem ausgeschnittenen Fenster. Man konnte von vorne nicht sehen, welches das Bildröhren- und welches das LCD-Gerät war. Aus ein paar Metern Distanz habe ich es selber angeschaut und ich konnte keine Differenz feststellen.

Hatten Sie jemals wirklich Zweifel oder waren Sie immer davon überzeugt, dass es klappen würde?

Dr. rer. nat. Melanie Klasen-Memmer
Wir waren eher überrascht, dass es so schnell ging, denn normalerweise dauert so eine Entwicklung sehr lange. Wir wussten, Sharp probiert es für Fernseher aus, aber für uns war das noch weit weg. Und plötzlich war dieser Fernseher da. Ich kann mich gut erinnern, als Herr Tarumi uns das erzählte, da habe ich mir gedacht: Na ja, bis das zur Serienreife kommt, das kann dauern! Aber auch das ist in diesem Fall sehr schnell gegangen.

Ich würde jetzt gerne noch mal auf die eigentliche Leistung des nominierten Teams zurückkommen…

Dr. rer. nat. Kazuaki Tarumi
Dieses VA-Material ist völlig anders als die klassischen Materialien, mit denen fast jede LCD-Technologie angefangen hat. Es konnte sich keiner vorstellen, dass ein Display mit unserem VA-Material funktioniert. Es ist sehr schwer, mit einer innovativen Technologie gegen existierende Produkte anzutreten. Wenn man in einen neuen Markt geht, hat man keine Gegner. Man kann klein anfangen und schrittweise nach vorne gehen. Aber das war nicht so, denn es gab ja schon die etablierte Technologie auf Basis der klassischen Materialien. Gegen diese mussten wir kämpfen und gewinnen. Aber ich muss trotzdem gestehen: Niemand von uns konnte damals vorhersehen, dass in diesem Display so viele Vorteile, wie wir sie heute haben, realisiert werden konnten.

Dr. rer. nat. Matthias Bremer
Wir haben in dem Zeitraum seit 1994 - das war nur ein Teil meiner Arbeit - etwa 400 neue Verbindungen synthetisiert. Und wir haben natürlich viele Bauchlandungen erlebt, das muss man auch ganz offen sagen. Aber wir wussten genau, welche Eigenschaften wir verbessern mussten. Herr Tarumi sagte ja, dass bewegte Bilder dargestellt werden müssen. Das bedeutet, dass das Display sehr schnell schalten muss und das wiederum hat eben mit der Viskosität der Flüssigkristalle zu tun. Die Viskosität ist ein Parameter, der sehr schwer an der Struktur festzumachen ist. Das ist ein Phänomen, das aus der kondensierten Phase kommt. Man kann das nicht beim einzelnen Molekül sehen, man braucht die Mischung dazu. Das war ein bisschen wie „Rumstochern“. Wir haben viele Veränderungen am Molekül gemacht und haben beobachtet, ob sich die Eigenschaft zum Guten oder zum Schlechten verändert. Das Schwierige ist: Man muss möglichst alle Eigenschaften auf einmal verbessern oder wenigstens keine verschlechtern.

Dr. rer. nat. Kazuaki Tarumi
In der Chemie ist die Forschung nach neuen Strukturen sehr schwer. Es gibt viele Syntheseschritte für 400 Verbindungen. Man muss verschiedene Einzelverbindungen so geschickt kombinieren, dass die gewünschten Eigenschaften dabei herauskommen.

Dr. rer. nat. Matthias Bremer
Was wir in der Chemie machen, ist eine einzelne, sehr reine Substanz. Diese hat einen bestimmten Satz von Eigenschaften. Aber die Anforderungen, die an die Flüssigkristalle im Display letztlich gestellt werden, sind so komplex, dass sie niemals mit einer einzelnen Verbindung erzielt werden können. Deswegen behilft man sich damit, dass man diese Verbindungen mischt. Und dieses Mischen ist eine Kunst für sich. Das ist wie jemand, der eine gute Cuvée macht. Man muss ein Gefühl dafür haben.

Dr. rer. nat. Melanie Klasen-Memmer
Das läuft in der Regel so ab: In der Chemie werden neue Substanzen synthetisiert und häufig kann man an bestimmten Eigenschaften schon sehen, ob es interessant sein könnte, sie in einer Mischung einzusetzen. Dann kommt unsere Aufgabe: Wir schauen, ob wir Mischungen, die wir schon haben, hinsichtlich bestimmter Eigenschaften verbessern können. Dann nehmen wir die neue Einzelsubstanz, berechnen neue Mischungen und schauen uns an, ob die guten Eigenschaften, die wir schon vermutet haben, in der Mischung auch zum Tragen kommen.

Dr. rer. nat. Kazuaki Tarumi
Und jetzt kommt der Hersteller ins Spiel. Auf der einen Seite ist die Forschung, Chemie und Physik, auf der anderen die Hersteller der Displays. Beide sprechen unterschiedliche Sprachen: Die Forschung mischt Material, interessiert sich also für die Zusammensetzung; der Hersteller interessiert sich für die Eigenschaften. Das wird dann abgeglichen und geht immer hin und her - bis es wirklich funktioniert.

Die Entwicklung eines chemischen Produktes zur Umsetzung einer neuen Technologie ist auch ein Kommunikationsprozess. Normalerweise ist es ja nicht so einfach, dass sich Wissenschaftler mit den Leuten am Markt unterhalten und gleich darüber kommunizieren können, was sie eigentlich voneinander wollen.

Dr. rer. nat. Melanie Klasen-Memmer
Die Hersteller verbinden wenig mit dem Flüssigkristall. Das ist für sie nur Material und das muss funktionieren, wenn sie es brauchen. Wenn wir eine Mischung machen, wissen wir: Das ist die beste Mischung, die wir dem Display-Hersteller geben können. Dann kommt der spannende Moment: Was sagt der dazu? Kann er die verbesserten Mischungseigenschaften auch im Display einsetzen oder sagt er: An der oder der Stelle ist es doch nicht so gut? Da fängt die Kommunikation an.

Dr. rer. nat. Kazuaki Tarumi
Was die Kooperation natürlich einfacher macht: Wir haben eine Monopolposition, denn die VA-Materialien kann nur die Firma Merck herstellen. Wir haben japanische Konkurrenz und japanische Konkurrenz zu haben, ist sehr herausfordernd. Aber mit diesen VA-Materialien, wo niemand geglaubt hätte, dass es funktioniert, waren wir so innovativ, weil wir als einzige diese Forschung wirklich schnell durchgezogen haben. Das war eine sogenannte „strange idea“.

Aber das ist natürlich das Typische an einer Innovation, dass sich da ein paar Leute hinsetzen und sich nicht beirren lassen.

Dr. rer. nat. Matthias Bremer
Ja, man muss hartnäckig bleiben. Man darf sich nicht von den ersten Misserfolgen entmutigen lassen. Aber in unserem Fall war es so, dass es recht schnell ging. Das erste Feedback, damals von Fujitsu, kam rasch und das hat uns natürlich sehr ermutigt.

Dr. rer. nat. Melanie Klasen-Memmer
Ja, aber trotzdem: Lange Zeit hieß es: Das sieht beim Prototyp ganz gut aus, aber das bleibt zu teuer oder das wird sich nicht durchsetzen.

Wie ist das hier im Haus gewesen? Sie mussten Ihre Idee ja auch „verkaufen“ und in einem großen Unternehmen ist das normalerweise nicht so einfach.

Dr. rer. nat. Matthias Bremer
Als ich 1991 bei Merck anfing, da wurde eben Materialforschung für die bis dahin existierenden Technologien betrieben und auch ich habe in den ersten Jahren nur das getan. Erst Ende 1993, Anfang 1994 haben wir mit den neuen VA-Materialien angefangen und dieses Projekt wurde anfangs wirklich stiefmütterlich behandelt. Die Forschung fand so nebenher statt, denn das Hauptaugenmerk lag immer auf den klassischen Verbindungen. Erst in den letzen paar Jahren haben wir den vollen Rückenwind von oben bekommen, um ganz frei dieses Gebiet bearbeiten zu können. Der Grund für die anfängliche Zurückhaltung ist ganz klar: Es gab kein Produkt dahinter, das sich verkaufen ließ, während für die Standardmaterialien bereits ein riesiger Markt da war.

Dr. rer. nat. Kazuaki Tarumi
Das ist richtig. Wir beide haben gleichzeitig hier angefangen und ich habe auch Forschung über die klassischen Materialien betrieben. 1993 wurde ich der Leiter des VA-Projekts und - ehrlich gesagt - hatten wir zunächst ganz wenig Kapazitäten. Das verstehe ich, denn die Firma Merck muss einen Forschungsschwerpunkt setzen. Aber es wurde nicht gesagt: Das machen Sie gar nicht, sondern: Machen Sie mal, aber mit kleiner Kapazität. Es war unser Glück, dass wir in kürzester Zeit etwas gefunden haben und dass 1996 Fujitsu kam.

Das Produkt, das jetzt entstanden ist, hat bestimmte Eigenschaften: Es ist nicht giftig, es strahlt nicht, es hat eine längere Lebensdauer…

Dr. rer. nat. Matthias Bremer
Es sind von den drei großen Flüssigkristall-Anbietern DIC, Chisso und Merck, Studien veranlasst worden, die die Toxizität und die Öko-Toxizität dieser Verbindungen untersucht haben und man hat sich darauf geeinigt, dass nur völlig unbedenkliche Materialien eingeführt werden. Unsere Flüssigkristalle sind also weder toxisch noch für die Umwelt irgendwie schädlich.

Sie drei sind in diesem Projekt als Erfinder benannt, aber wir haben es ja nun gerade gesehen: Dahinter steckt ein großes Team. Was sind das für Menschen, die an diesem Projekt arbeiten?

Dr. rer. nat. Matthias Bremer
Ich fange vielleicht mal in der Chemie an, da kommen die Substanzen ja letztlich her. Wir haben eine Struktur, in der Akademiker - in der Regel promovierte Chemiker - ein Labor leiten. In einem typischen Syntheselabor arbeiten drei bis vier Chemielaboranten. Die Chemiker sind dafür verantwortlich, die Synthesen der Materialien zu entwickeln, die dann im Labor von den Chemielaboranten durchgeführt werden.

Dr. rer. nat. Melanie Klasen-Memmer
Bei uns in der Physik ist es ähnlich: Wir haben auch verschiedene Labors - in der Regel sind die Laborleiter Physiker, nur ich bin Chemikerin. In unseren Labors gibt es Chemielaboranten, die die neuen Mischungen herstellen und die notwendigen Messungen durchführen. Die Aufgabe der Laborleiter ist es, bestimmte Substanzen zu testen, die wir in Kooperation mit der Chemie entwickeln, um damit entsprechende Vorgaben des Marktes zu erfüllen. D.h. wir haben bestimmte Zielvorgaben und versuchen in der Mischungsentwicklung verschiedene Konzepte auszuarbeiten, mit denen die Eigenschaften der Mischungen verbessert werden können.

Ihre Lebensläufe sind interessant. Sie, Herr Dr. Tarumi, arbeiten an einem Produkt, das heute im weitesten Sinn im asiatischen Raum umgesetzt wird. War das Zufall oder Planung?

Dr. rer. nat. Kazuaki Tarumi
Ich war Stipendiat des Deutschen Akademischen Austausch Dienstes (DAAD) in Deutschland. Der eigentliche Sinn des DAAD ist, dass jemand im Ausland einen Studienplatz erhält und danach in die Heimat zurückfährt, um die erworbenen Kenntnisse im eigenen Land zu nutzen. So habe ich es eigentlich auch gemacht. Ich habe in Deutschland studiert, in einer Forschungsgruppe weiter geforscht und promoviert. Dann habe ich eine Hochschulstelle in Japan gefunden und dort gearbeitet. Aber leider kam eine Universitätsreform und deshalb wollte ich mir eine andere Tätigkeit suchen. Da kam das Angebot der Firma Merck. Damals wusste ich überhaupt nicht, was Flüssigkristalle sind. Ich habe gefragt: Was ist das? Und wer ist die Firma Merck? Durch solche Zufälle bin ich zu Merck gekommen. Die LCD-Technologie hat sich seit 1991 in Japan bestens entwickelt, und weil ich Japaner bin, habe ich kein Sprachproblem: Ich kann gut mit den Kunden kommunizieren. Das ist natürlich ein gewisser Vorteil gewesen.

Dr. rer. nat. Matthias Bremer
Ich war auch völlig baff. Ich hatte mich von den USA aus um eine Stelle in der deutschen Industrie beworben. Eines Morgens kam ein Anruf aus Darmstadt und ich wurde gefragt, ob ich zu Merck kommen möchte. Ich habe natürlich gefragt, um was es geht und mir wurde gesagt: Flüssigkristalle. Ich wusste gar nicht, dass Merck Flüssigkristalle macht. Ich dachte, Merck ist eine Pharmafirma, die wollen mich vielleicht für die Pharmaforschung haben. Das Thema Flüssigkristalle hat mich aber sofort interessiert, denn damals gab es schon die ersten Laptop-Computer und ich war sehr gespannt. Der Aspekt, der mich daran am meisten gereizt hat, war eigentlich dieser interdisziplinäre Charakter. Da ist es, glaube ich, gar nicht so schlecht, wenn man von Flüssigkristallen keine Ahnung hat, weil man an die ganze Problematik viel unbefangener rangeht. Das gilt eigentlich für die meisten meiner Kollegen - mit Ausnahme von Frau Klasen-Memmer: Sie hat über Flüssigkristalle promoviert.

Sie sind dann die Hüterin des Grals, was die Flüssigkristalle angeht, oder?

Dr. rer. nat. Melanie Klasen-Memmer
Ja, ich habe schon auf dem Gebiet der Flüssigkristalle promoviert, bin aber leider in einer Zeit fertig geworden, in der es für Chemiker sehr schwierig war, eine Stelle zu finden. Flüssigkristalle haben mich weiterhin interessiert und ich wollte wenigstens ein Praktikum bei Merck machen. Das ist mir dann gelungen; ich bin für ein halbes Jahr in die Gruppe von Herrn Tarumi gekommen. Da habe ich zunächst auf einem anderen Gebiet gearbeitet und nach diesem halben Jahr habe ich einen Vertrag bekommen, der dann etwas später in eine Laborleiterstelle umgewandelt wurde.

Der Entwicklungsprozess des Projekts ist durch interdisziplinäres Handeln bestimmt, das ist für einen Laien sehr schwer nachvollziehbar. Sie selbst kommen aus sehr unterschiedlichen Fachbereichen und arbeiten dann mit der Elektronikindustrie zusammen. Wie muss man sich das vorstellen?

Dr. rer. nat. Kazuaki Tarumi
Wir besuchen ständig die Hersteller. Wir haben auch japanische Kollegen, die kleine Änderungen vornehmen müssen, wenn die Eigenschaften der Flüssigkristalle etwas anders sein sollen. Die Kollegen in Japan besuchen fast jede Woche Kunden und fragen nach. Manchmal merken wir, dass wir die Wünsche von Herstellern mit Standardmaterialien überhaupt nicht realisieren können. Und in solchen Momenten besuche ich den Kunden direkt und frage: Was wollen Sie? Worum geht es? Und dann muss ich das in die Sprache der Materialforschung, der Chemie „übersetzen“. Das ist oft gar nicht einfach!

Gibt es dabei auch manchmal den genialen Einfall?

Dr. rer. nat. Matthias Bremer
Das kommt schon vor, aber man erlebt auch häufig unangenehme Überraschungen. Bei VA haben wir es letztendlich geschafft, dass Wichtiges besser und das Übrige zumindest nicht schlechter geworden ist. Und das ist ein absolutes Erfolgserlebnis.

Dass Sie sehr erfolgreich sind, sieht man an der Anzahl der Patente, die Sie alle miteinander schon eingesammelt haben. Welche Entwicklungsmöglichkeiten gibt es für diese Technologie jetzt noch?

Dr. rer. nat. Kazuaki Tarumi
Wir sind erst am Anfang. Es gibt eine Prognose, in welchem Umfang sich der Display-Markt entwickeln wird, und im TV-Bereich sind wir erst am Anfang dieser Entwicklung. Die Firma Sharp hat gezeigt, dass mit dem VA-Material LCD-Fernsehgeräte gemacht werden können. Wir müssen die Eigenschaften für das Fernsehen jetzt natürlich weiter verbessern, sonst haben wir gegen andere Technologien keine Chancen. Aber ich bin überzeugt, dass das LCD-TV am Ende gewinnen wird.

Wie kann man sich die Verbesserungen vorstellen? Gilt das in Hinblick auf optische Qualitäten der Geräte?

Dr. rer. nat. Matthias Bremer
Ich glaube schon, dass es um die Verbesserung des Flüssigkristalls geht, z.B. in der Schaltzeit und auch im Kontrast.

Dr. rer. nat. Kazuaki Tarumi
Kontrast ist das Verhältnis zwischen dem hellen und dem dunklen Zustand. Und heute schaffen wir höchstens 400. Das ist schon ziemlich gut. Aber man braucht 800. Das ist das Ziel. Man muss die Brightness erhöhen ohne andere Eigenschaften zu ändern. Und man muss natürlich die Geschwindigkeit der Schaltzeiten noch weiter verbessern.

Dr. rer. nat. Matthias Bremer
Wir haben ja auch schon jahrelang daran gearbeitet, d.h. wir stehen nicht am Anfang dieser Entwicklung, wo noch schnelle Fortschritte zu erwarten sind. Aber man kann auch nicht ausschließen, dass man noch einen Durchbruch erlebt, dass wir eine völlig neue Struktur finden, die wieder einen großen Sprung nach vorne erlaubt.

Dr. rer. nat. Melanie Klasen-Memmer
Die Hersteller ändern ständig das Layout ihrer Displays. Daran müssen wir unsere Flüssigkristalle anpassen, d.h. wir brauchen immer wieder neue, bessere Materialien. Das ist letztendlich in Zusammenarbeit mit den Herstellern das Ziel.

Sie haben für Ihre Entwicklung Mittel aus dem Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) bekommen und aus dem japanischen Ministerium für Industrie und Handel (MITI). Streiten sich jetzt Deutschland und Japan um die Ergebnisse ihrer Forschung?

Dr. rer. nat. Matthias Bremer
Das kann man nicht sagen. Beide Projekte haben die Flüssigkristall-Forschung gefördert. Das VA-Projekt an sich wurde nur vom BMBF unterstützt. Bei dem vom MITI unterstütztem Projekt, das 1996 gestartet wurde, ging es um die Entwicklung eines LCDs für Mobilfunksysteme. Wir hatten insgesamt sogar zwei dreijährige Projekte, in denen unsere Forschung vom BMBF gefördert worden ist. Was die Patentsituation angeht, ist das nicht weiter kritisch. Das BMBF verlangt nur von uns, dass Patente, die wir zwar gemacht haben, aber nicht nutzen, von Dritten aus Deutschland genutzt werden dürfen. Das ist alles.

Sie arbeiten international und interdisziplinär. Wie schätzen Sie denn das Klima für Forschung und Innovation in Deutschland ein und wie steht Deutschland bezogen auf Ihren Arbeitsbereich international da?

Dr. rer. nat. Kazuaki Tarumi
Das LCD-Prinzip ist in der Schweiz erfunden worden. In Europa ist dazu sehr viel Grundlagenforschung erfolgt. Anfang 1980 hat die Firma Sharp überlegt, dass man mit dieser Technologie ein Display für Taschenrechner machen könnte. Damals glaubten aber die meisten noch nicht, dass das geht. Und schließlich hat Sharp gezeigt, dass es funktioniert - auch wenn das erste Produkt überhaupt nicht zufriedenstellend war. Aber Sharp hat ganz schnell seine Produktionstechnik und die Technologie verbessert und Ende der achtziger Jahre gab es schon das erste Notebook-Display. Ich habe sowohl in Japan als auch in Deutschland geforscht und ich glaube, dass es ein gutes Innovations-Klima in Deutschland gibt, man muss es nur schützen. In Japan sagt man: Wenn ein Nagel aufragt, muss er runtergehämmert werden. Jeder versucht dort genau so gut zu sein wie der andere. Das ist japanische Mentalität. In Europa ist das nicht so. Das Klima, etwas völlig Neues zu schaffen ist hier eher gegeben. Leider gibt es aber in Deutschland nicht das Bestreben, existierende neue Technologie schnell zu verbessern, schnell als Produkt zu realisieren und auf den Markt zu bringen.

Dr. rer. nat. Melanie Klasen-Memmer
Außer die Flüssigkristalle bei Merck, oder?

Dr. rer. nat. Kazuaki Tarumi
Wenn die Deutschen ein neues Produkt sehen, sagen viele: Wozu denn das? Das ist zu teuer. Das kaufe ich nicht. In Japan ist das nicht so. In Asien gibt es beispielsweise über 90% Handys mit Farbdisplay. Hier in Deutschland sagt jeder: Wozu brauche ich das denn in Farbe? Man nutzt das Handy nur zum telefonieren. In Japan ist das Handy ein Tool, um von unterwegs über Internet und E-Mail usw. mit anderen zu kommunizieren. Diese Bereitschaft, etwas Neues aufzunehmen und Interesse zu zeigen, ist in Südostasien sehr hoch. Damit sind die Hersteller gezwungen, immer etwas Neues auf den Markt zu bringen und Produkte zu verbessern. Das gibt es in Deutschland nicht.

Dr. rer. nat. Melanie Klasen-Memmer
In Deutschland werden wir auch erst dann den flachen Fernseher kaufen, wenn der alte kaputt ist und nicht, weil es jetzt diese neue Technologie gibt. Das ist genau der Unterschied. Ein Punkt ist natürlich auch, dass man im Moment nicht bereit ist, so viel Geld dafür auszugeben, aber die Preise werden sicherlich bald fallen.

Dr. rer. nat. Matthias Bremer
Man kriegt einen CRT-Fernseher mit 50 cm-Diagonale für EUR 300. Wenn man einen vergleichbaren LCD haben will, ist man mit EUR 1500 dabei. Das ist doch interessant: In Japan ist man am ehesten darauf aus, neue Produkte zu haben, dann kommt Europa und dann erst die USA. Die Erfahrung haben wir auch bei den LCD-Monitoren gemacht: In den USA war zuerst niemand bereit, den CRT gegen das LCD auszutauschen. Das hat noch viel länger gedauert als in Europa.

Was ist denn Innovation generell für Sie?

Dr. rer. nat. Melanie Klasen-Memmer
Innovation ist eine Erfindung, die man letztendlich so weit treibt, dass man sie zur Marktreife bringt. Diese Komponente, sie verwertbar zu machen, ist wichtig für mich.

Dr. rer. nat. Matthias Bremer
Es gibt einen ganz dramatischen Unterschied zur Forschung, die man an der Uni macht. Als ich an der Universität war und promoviert habe, habe ich über ein Gebiet gearbeitet, das ich kaum jemandem erklären konnte. Als ich dann bei Merck angefangen habe und mich Leute gefragt haben, was ich mache, war es plötzlich ganz einfach. Da habe ich gesagt: Ich mache Materialien für Fernseher, für Flachbildschirme. Und jeder kann damit sofort was anfangen. Ein ganz wichtiger Aspekt an der Innovation ist, dass man Folgen sieht um sich herum. Dass es nicht nur irgendwo in einem Journal publiziert wird und dann verstaubt, sondern dass es wirklich ein Produkt gibt.

Dr. rer. nat. Kazuaki Tarumi
Ich kann mich dem nur anschließen. Ich komme aus der theoretischen Physik und es ist eigentlich das Schlimmste, dass man es anderen nicht erklären kann. Ein Freund fragte mich: Was machst du denn an der Uni? Dann fing ich mit Chaosforschung an und er fragte, was das sei und dann hatte ich schon verloren. An sich ist es ja ein ganz interessantes Thema, aber wozu nutzt es? Wofür macht man das? Weil es interessant ist, aber man kann kein richtiges Produkt implementieren. Bei LCD wird aus einer Idee eine Verbesserung am Display.

Dr. rer. nat. Matthias Bremer
Ja, das ist faszinierend. Das geht in der Chemie los mit der Strukturformel einer Substanz auf dem Blatt Papier und dann kommt die Synthese und dann habe ich ein Material. Das kann ich anfassen, das kann ich auf den Tisch stellen. Und dann kann ich eine Mischung daraus machen und die wird nach Japan geschickt, in ein Display eingefüllt und das fertige Produkt kann ich schließlich im Geschäft kaufen.

Dr. rer. nat. Melanie Klasen-Memmer
Das letzte Mal, als ich in Japan war, ist mir sehr häufig die Werbung für diese neuen LCD- Fernseher aufgefallen und bewusst geworden: Mensch, da ist ja unsere Mischung drin! Da sieht man endlich mal, was man gemacht hat.

Dr. rer. nat. Matthias Bremer
Was wir noch ergänzen sollten: Das ist auch für Merck eine einzigartige Erfolgsstory gewesen. Man hat am Anfang, das erzählen mir ältere Kollegen, von den „überflüssigen“ Kristallen gesprochen. Merck hat nämlich schon in den 70er Jahren Flüssigkristallforschung betrieben. Es ist schon einzigartig, dass sich ein Industrieunternehmen über einen Zeitraum von 35 Jahren so eine Forschung leistet. Und am Anfang war ja praktisch überhaupt kein Markt da. Man hat diese Flüssigkristalle für kleine Universitäten oder Industrieunternehmen gemacht. Erst um 1990 wurde die erste Tonne Flüssigkristalle bei Merck produziert. Das war damals ein Grund zum Feiern. Heute haben wir ein Volumen von 50 Tonnen im Jahr.

Dr. rer. nat. Melanie Klasen-Memmer
Ich glaube, damit war Merck wirklich innovativ. Das Durchhaltevermögen, das gehört ja irgendwo auch dazu.

Das Unternehmen Merck bezeichnet sich selbst als Weltmarktführer im Bereich der Flüssigkristalle. Wie sieht die Wettbewerbssituation aus und wie stellt sich die Entwicklung dieses Marktes insgesamt dar?

Dr. rer. nat. Kazuaki Tarumi
Bei den kleinen Notebook-Displays haben wir starke japanische Konkurrenz. Aber wenn es um große Displays geht, das neue Material für LCD-TV-Technik, haben wir 100% Marktanteil, also überhaupt keine Konkurrenz.

Und das ist so abgesichert, dass da jetzt nichts passieren kann?

Dr. rer. nat. Melanie Klasen-Memmer
Nein. Wir müssen ständig versuchen, zu verhindern, dass die Konkurrenz genauso weit kommt wie wir. Wir müssen immer ein bisschen schneller sein.

Dr. rer. nat. Matthias Bremer
Wir haben auf jeden Fall eine gute Basis, aber wir dürfen jetzt nicht die Hände in den Schoß legen und anfangen, uns auf unseren Erfolgen auszuruhen.

Der Markt ist so in Bewegung, dass da andauernd was Neues passieren kann?

Dr. rer. nat. Melanie Klasen-Memmer
Ja, es ist so, dass die koreanischen und auch die taiwanesischen Hersteller auch auf diesen Markt wollen. Denn in diesem Bereich ist ein riesiger Markt zu erwarten.

Gibt es ein Motto oder so etwas wie eine formulierbare Motivation für das, was Sie tun? Immer besser, immer schneller sein als die anderen? Was treibt Sie an?

Dr. rer. nat. Matthias Bremer
Ich mag einen lateinischen Spruch, der heißt: Fortes fortuna adiuvat, den Mutigen hilft das Glück, d.h. man muss Glück haben, aber man muss auch am Ball bleiben und ein bisschen was riskieren. Das macht die Arbeit auch interessant und spannend für uns.

Dr. rer. nat. Melanie Klasen-Memmer
Ein Spruch, der mir ganz gut gefällt ist: Wer mit beiden Beinen auf der Erde steht, steht still! In Deutschland sagt man ja immer: Man muss mit beiden Beinen auf der Erde stehen. Aber ich denke, das führt uns nicht weiter. Man sollte mindestens mit einem Bein ein bisschen abheben, etwas riskieren und sehen, dass man weiter kommt.

Dr. rer. nat. Kazuaki Tarumi
Die Motivation als Forscher ist - ganz klar - etwas Neues zu schaffen. Es gibt auch ein ganz interessantes japanisches Sprichwort, das ich mag. Es besteht aus drei Zeichen, und wenn man es ausspricht hört es sich so an: Un Kon Don. Es bedeutet Folgendes: Man braucht als Forscher drei Sachen: Un ist Glück, Kon ist Ausdauer, Don ist Nicht-smart-sein, was so viel heißt wie auf zu oberflächliche Weise clever zu sein; dann kuckt man zu schnell weg und gibt bald auf.

Dr. rer. nat. Matthias Bremer
Ja, wenn man nur den kurzfristigen Erfolg im Auge hat, verpasst man Chancen.

Dr. rer. nat. Kazuaki Tarumi
Man muss beständig bleiben! Aber ich muss gestehen: Das kann ich nicht immer. Aber ich denke immer dran!

Was machen Sie, wenn Sie sich gerade nicht um Ihre Flüssigkristalle kümmern? Mit was entspannen Sie sich oder was gibt‘s außerhalb dieser Mauern?

Dr. rer. nat. Kazuaki Tarumi
Ich habe sehr viele Hobbys und mein Boss amüsiert sich manchmal über mich, wenn er sagt: Sie arbeiten nur zwischen den Hobbys. Ich fahre sehr viel Rennrad und ich spiele Tennis. Musik höre ich auch sehr gerne. Ich habe so viele Dinge außer dem Business. Auch ein ganz berühmtes japanisches Denkspiel, Go, spiele ich oft.

Sie trainieren Körper und Seele oder wie darf ich das verstehen? Haben Sie denn noch Zeit zu solchen Sachen?

Dr. rer. nat. Kazuaki Tarumi
Die Zeit muss man sich nehmen.

Dr. rer. nat. Melanie Klasen-Memmer
Ich gehe alle zwei Wochen ins Fußballstadion, weil ich Fan vom 1. FC Kaiserlautern bin. Ich habe in Kaiserslautern studiert und zuerst fand ich Fußball immer langweilig, aber wenn man mal ins Stadion geht, ist es sehr spannend und man kann sehr gut abschalten. Es ist schon eine andere Welt. Und ansonsten habe ich es sehr gerne gemütlich, am Wochenende gehe ich gerne wandern oder Fahrrad fahren an der Weinstraße.

Und Sie können auch mal richtig abschalten?

Dr. rer. nat. Melanie Klasen-Memmer
Ich habe einen sehr langen Heimweg und versuche unterwegs möglichst alles abzulegen und zu entspannen. Ich denke, das ist auch wichtig, um wieder kreativ sein zu können.

Dr. rer. nat. Matthias Bremer
Ich treibe auch Sport, um mich fit zu halten und mich wohl zu fühlen. Schwimmen ist mir aber lieber als Radfahren oder Wandern. Sonst interessiere ich mich sehr für klassische Musik, vor allem für die Oper. Ich besuche verschiedenen Opernhäuser, um mir interessante Inszenierungen anzusehen und höre auch zu Hause sehr viel klassische Musik.

Die Abschlussfrage, an Sie alle drei: Was ist Glück für Sie und was wünschen Sie sich für die Zukunft?

Dr. rer. nat. Kazuaki Tarumi
Glück ist für mich eine Gelegenheit, die man nutzen muss. Aber das kann man erst hinterher sagen, dass das Glück war. Glück ist in Japan eine Göttin, die nur vorne Haare hat, hinten nicht, d.h. wenn man sie vorbeilaufen sieht, muss man schon, bevor man das Gesicht sieht, nach ihr greifen. Denn wenn sie vorbeigelaufen ist, dann kann man sie nicht mehr aufhalten.

Was wünschen Sie sich für Ihre persönliche und berufliche Zukunft?

Dr. rer. nat. Kazuaki Tarumi
Also im Moment arbeite ich nicht direkt an der Forschungsfront, sondern ich muss Forschung verwalten und dafür sorgen, dass die Leute das richtige Forschungsklima und die Mittel haben. Ich bin ziemlich sicher, dass LCD eine große Zukunft hat, aber man muss noch sehr viel mehr machen. Und durch meine Arbeit möchte ich dazu beitragen.

Dr. rer. nat. Melanie Klasen-Memmer
Für meine Zukunft erhoffe ich mir einfach, dass ich mein Leben so weiterleben kann wie bisher, dass ich eine Arbeit machen kann, mit der ich mich auch identifizieren kann. Und Glück, im Sinne von „Glück haben“, das weiß ich sehr wohl, dass man das haben muss, das gehört einfach dazu. Als ich zum Beispiel meine Stelle bekommen habe, hatte ich zwar bestimmt gute Noten usw., aber ich hatte auch viel Glück. Und im Sinne von „glücklich sein“, würde ich sagen, dass man eine innere Ausgeglichenheit und Zufriedenheit hat.

Dr. rer. nat. Matthias Bremer
Ja, das spielt sicher eine ganz große Rolle, die Zufriedenheit und das Gefühl: Der nächste Tag wird gut. Dass man eine Zukunftsperspektive hat. Ich bin hier bei Merck weiter direkt in der Forschung, zwar jetzt als Gruppenleiter, aber ich habe immer noch ein eigenes Labor und freue mich jeden Tag, ins Labor zu gehen und zu sehen, wie die Fortschritte sind. Ich persönlich habe Freiräume, in denen ich auch mal was ganz Verrücktes ausprobieren kann. Ich arbeite auch sehr gerne am Computer, wo man mit moderner Software ohne Chemikalien „Chemie treiben“ kann. Auch das ist ein schöner Aspekt unserer Forschung.

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Lebenslauf

Dr. rer. nat. Kazuaki Tarumi

17.3.1953
geboren in Ehime in Japan
1972 – 1978
Studium der Physik an der Waseda University in Japan
1976
Abschluss Bachelor of Science/Physics an der Waseda University in Japan
1978
Abschluss Master of Science/Physics an der Waseda University in Japan
1978 – 1980
Stipendiat des Deutschen Akademischen Austausch Dienstes an der Universität Bremen
1980 – 1987
Wissenschaftlicher Assistent in einer Forschungsgruppe im Fachbereich Physik an der Universität Bremen
1985
Promotion
1987 – 1990
Associate Professor an der Gunma University, Japan
1990
Laborleiter in der Flüssigkristallforschung/Physik der Merck KGaA, Darmstadt
seit 1998
Abteilungsleiter in der Flüssigkristallforschung/Physik der Merck KGaA, Darmstadt

Ehrungen:

1996
Best Paper Award der SID (Society of Information Display)
1997
Merck Liquid Crystals Award
2003
Merck Innovation Award

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Dr. rer. nat. Melanie Klasen-Memmer

17.10.1967
geboren in Alf / Mosel
1986
Abitur
1986 – 1992
Studium der Chemie an der Universität Kaiserslautern
1992 – 1995
Stipendiatin der Graduiertenförderung des Landes Rheinland-Pfalz
1995 – 1997
Wissenschaftliche Mitarbeiterin im Fachbereich Chemie der Universität Kaiserslautern
1996
Promotion
1998 – 1999
Postdoktorandin bei der Merck KGaA, Darmstadt; Mitarbeit in einem Forschungsprojekt des Japanischen Ministeriums für Industrie und Handel (MITI)
seit 1999
Laborleiterin in der Flüssigkristallforschung / Physik der Merck KGaA, Darmstadt

Ehrungen:

2003
Merck Innovation Award

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Dr. rer. nat. Matthias Bremer

9.5.1959
geboren in Roßdorf / Thüringen
1978
Abitur
1979 – 1986
Studium der Chemie an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
1989
Promotion
1989 – 1990
Feodor Lynen-Stipendiat an der University of California at Berkeley, USA
1991
Eintritt bei der Merck KGaA, Darmstadt, Bereich Flüssigkristallforschung
seit 2001
Gruppenleiter Flüssigkristallsynthese in der Abteilung LC FO / C (Flüssigkristallforschung/Chemie) der Merck KGaA, Darmstadt

Ehrungen:

2003
Merck Innovation Award

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Kontakt

Projektsprecher:

Dr. rer. nat. Kazuaki Tarumi
Abteilungsleiter in der Flüssigkristallforschung/Physik
Merck KGaA Darmstadt
Frankfurter Str.250
64293 Darmstadt
Tel.: +49 (0) 6151 / 72 67 56
Fax: +49 (0) 6151 / 72 31 35
E-Mail: kazuaki.tarumi@merck.de

Pressekontakt:

Steffen Müller
Head Corporate Media Relations
Merck KGaA Darmstadt
Frankfurter Str.250
64293 Darmstadt
Tel.: +49 (0) 6151 / 72 23 86
Fax: +49 (0) 6151 / 72 77 07
E-Mail: steffen.mueller@merck.de