Walter Galinat – Flüssigkristalle: Technologieführerschaft in Hessen

Als der österreichische Botaniker Fried­rich Reinitzer 1888 die ersten Flüssig­kris­talle entdeckte, konnte niemand erah­­nen, welche unglaubliche Karriere diese Substanzen mit faszinierenden optischen Eigenschaften machen sollten. Flüssig­kristalle sorgen heute in den Bild­schirmen fast aller elektronischen Geräte für scharfe, kontrastreiche und brillante Bilder. Allein 2012 wurden rund 230 Millionen Fern­­sehgeräte, 220 Millionen Notebooks, 180 Millionen Computermonitore, 120 Millio­nen Tablet-PCs und über eine Milliarde Handys weltweit verkauft.

Als Markt- und Technologieführer bedient Merck diesen riesigen Displaymarkt mit Flüssig­kristallen und anderen High­tech-­Materialien. Wer über den Touchscreen seines edlen Smartphones streicht, lässt sehr wahrscheinlich ein Ballett aus Flüssig­­kristallmolekülen tanzen, die Merck in Darmstadt hergestellt hat. Allerdings ist das nur wenigen Verbrauchern bekannt. Dabei treibt Merck die technologische Entwicklung der Flüssigkristall­bildschirme (Liquid Crystal Display, LCD) seit Jahr­zehnten entscheidend mit voran: 2.500 Patente halten wir heute auf dem Gebiet, und jedes Jahr kommen gut hundert neue Anmeldungen hinzu.


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Der hohe Aufwand an Forschung und Ent­­­wicklung lohnt sich: Im Jahr 2011 setzten wir im Geschäftsfeld Liquid Crystals fast 1,1 Milliarden Euro um, was knapp elf Prozent unseres Gruppen­um­satzes darstellt. Doch wie wird ein ur­­sprüng­­­lich mittel­­ständisch geprägtes Che­­mie­­un­­ter­­nehmen aus Darmstadt Welt­­marktführer in einer so wichtigen Techno­l­­­ogie? Neben der intensiven Forschung und Entwick­­lung ist die Nähe zum Kun­­den ein zweiter, entscheidender Baustein. Hinzu kommt eine Strategie des langfristigen Denkens.


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Auf dem Gebiet der Flüssigkristalle war Merck sogar von Anfang an dabei. Bereits 1905 unter­stützte Emanuel August Merck den Karlsruher Physikprofessor Otto Leh­mann, für dessen Pio­nierforschung er in Darmstadt besonders reine Flüssig­kris­talle herstellen ließ. Normalerweise sind Moleküle nur in festen Kristallen perfekt geordnet, in Flüssigkeiten schwimmen sie chaotisch durcheinander. Flüssig­kris­talle entpuppten sich jedoch als Zwitter: Obwohl sie flüssig sind, zeigen sie eine gewisse kristalline Ordnung. Ihre stäbchenförmigen Moleküle richten sich aus wie Fische in einem Schwarm. Zudem rea­gieren sie wie winzige Antennen auf die elektro­magnetischen Wellen des Lichts. Deshalb können solche Molekül­schwärme speziell präparier­tes, „polarisiertes“ Licht entweder durchlassen oder ausblenden. Das geschieht in den Pixeln der LCDs.


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Richtig Bewegung kam in das Gebiet allerdings erst 1967, als der Ingenieur George Heilmeier von der Radio Cor­por­a­­tion of America (RCA) das erste Flüssig­­kristall-Display präsentierte. Das elektri­sierte auch Chemiker in der Forschung von Merck. Die Darmstädter erkannten früh, dass mit Flüssigkristallen die Vision flacher, handlicher Bildschirme greifbar wurde. Allerdings hatten die damals be­­kannten Flüssigkristallsubstanzen noch erhebliche Nachteile. Heilmeiers erstes Display benötigte eine Betriebs­temp­e­ra­tur von 80 Grad, um nicht einzufrieren. Diese Flüssig­kristallanzeigen schalteten auch äußerst langsam und zäh um. Zu­­dem waren sie monochrom. Noch war der Weg bis zum farbigen, 3-D-fähigen Groß­bild­fernseher mit 65 Zoll Bildschirmdiago­nale von heute sehr weit. Es brauchte eine lange Kette technologischer Durchbrüche, an denen Merck maßgeblich beteiligt war und weiterhin ist.

Das hart erarbeitete Know-how schützte Merck konsequent durch zahlreiche Pa­­ten­­te. Bereits 1969 führten wir den noch heute gültigen Markennamen licristal® für Mercks Flüs­sig­­kristall­produkte ein. Diese steckten zwar schon in den ersten japanischen Taschen­rechnern mit LC-Dis­­plays, doch die Jahres­­umsätze waren an­­­fangs ge­ring: 1970 lagen sie noch bei 8.000 Deutsche Mark, doch bis 1979 kletterten sie auf immer­hin 4,4 Mil­lio­nen Deutsche Mark.


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Zu diesem Zeitpunkt dominierten bereits japanische Firmen den LCD-Markt. Uns wurde klar: Wir mussten die Nähe dieser wichtigen Kunden suchen, denn nur im engen Kontakt ließ sich die noch junge Technologie weiter entwickeln. Konsequent eröffnete Merck bereits 1980 den ersten Produktionsstandort in der japanischen Stadt Atsugi bei Tokio.

Damals realisierten wir eine globale Stra­­tegie, die bis heute erfolgreich funktio­niert. Dabei verbleibt die Herstellung der „Singles“, also der eigentlichen Flüssig­kristalle, im Stammwerk. Auch die zen­­trale Forschung in Darmstadt wurde weiter verstärkt, ein klares Bekenntnis zur Rhein-­Main-Region. Hinzu kommt unser ebenfalls wichtiges Forschungslabor im süd­­englischen Chilworth. Mit Niederlas­sung­en in Asien sind die Darmstädter und Chil­­­worther eng vernetzt, denn dort sitzen ebenfalls hochqualifizierte Wissenschaft­ler. Diese entwickeln gemeinsam mit den Kunden maßgeschneiderte Flüssig­kristall-­Mixturen, die Merck dann an diesem Stand­­ort produziert. Seit den 1980er Jahren ent­­­­standen auch außerhalb Japans neue, wichtige LCD-Hersteller. Wir wuchsen mit und bauten neue Labors und Mischungs­­­stationen 2002 in Korea und 2005 in Taiwan auf.

Merck erweiterte sein Portfolio an Pa­­ten­­ten zudem durch strategische Zukäufe. Als besonders wertvoll erwies sich ein 1995 vom Fraunhofer-Institut für Ange­wand­te Halbleiterphysik erworbenes Pa­­tent: Die sogenannte In-­Plane-Swit­ching (IPS)-Technologie er­­mög­­­lichte LCDs, die in einem weiten Blick­winkel von bis zu 170 Grad farbige und kon­­trastreiche Bilder zeigen. Die IPS-Tech­­no­­logie beherrscht heute den Smart­phone- und Tablet-PC-­Markt.

Ein weiterer Meilenstein ist die Vertical-Alignment (VA)-Technologie, die wir 1997 gemeinsam mit Fujitsu Ltd. entwickelten. Erst sie erlaubte die ultrakurzen Schalt­­zeiten, mit denen LCDs schnelle Bewegun­gen flüssig und scharf darstellen können. Damit wurden LCDs endlich fernseh­taug­­­lich, und für diese Entwicklung erhielten drei Merck-Wissenschaftler 2003 den Deut­schen Zukunftspreis des Bundes­prä­si­den­ten.

Bei Merck gelang uns der Brückenschlag aus einem alten Familienunternehmen, das in der RheinMain-Region verwurzelt ist, hinaus zu anderen Kulturen. Mit dieser Offenheit konnten wir uns in Asien er­­folgreich etablieren und zum Welt­markt­führer im Flüssigkristallgeschäft aufstei­gen – und zugleich unseren Stammsitz in Darmstadt stärken.

WAGA-2010-05_E02-KopieDer 1956 geborene Autor ist Leiter der Sparte Performance Materials bei Merck. Herr Galinat ist seit 1976 im Unter­nehmen und leitet seit 2007 das Geschäft mit Flüssigkristallen. Er war zehn Jahre Ge­­schäftsführer in Taiwan und hat dort vor Ort den Erfolg dieser High-Tech-Chemi­­kalien miterlebt. Taiwan ist heute neben Japan, Korea und China der wichtigste Ab­­nehmer für Dis­play-Materialien.