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 (Spokesperson)
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 KG aA 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.

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