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26. August 2013

LCD-Technologie: Der Kristalldompteur

Wenige Erfindungen der letzten Jahrzehnte haben das Leben jedes Einzelnen derart verändert wie Martin Schadts Entwicklung der Flüssigkristalltechnik. Ohne die Arbeit des Basler Physikers würde es heute weder Flachbildschirme noch Smartphones geben.

Martin Schadt in seinem Labor
Noch immer forscht Martin Schadt auf dem Gebiet der Elektrooptik – nicht wegen des Geldes, sondern «weil ich das Gebiet weiterhin spannend finde».

Auf der faulen Haut zu liegen und einfach nur Rentner zu sein, ist nichts für Martin Schadt. Mit geradezu jugendlicher Energie und Begeisterung präsentiert der 75-Jährige in seinem Haus in Seltisberg BL seine Technikräume und die kleine Werkstatt, in der er mit einem Freund daran arbeitet, bessere Verstärker und Lautsprecher herzustellen. Dabei stellt der Jazz- und Klassikliebhaber nicht nur das Innenleben der Geräte her, auch die Holzgehäuse der Boxen konstruiert er selbst.

Schon die erste Version ihres neuartigen Röhrenverstärkers erzeugte einen besseren Klang als manches industriell gefertigte High-End-Gerät, war aber monströs schwer. Die zweite Version ist nun kleiner, leichter und qualitativ gleich gut. Derzeit arbeiten sie an Lautsprechern, die es mit teuren kommerziellen Boxen aufnehmen können. Und sollte es im ersten Anlauf nicht klappen, werden halt andere Konzepte getestet.

Ein guter Erfinder lässt sich von Rückschlägen nicht entmutigen.

Genau diese Einstellung ist eine Voraussetzung für einen guten Erfinder. «Er muss neugierig, fantasievoll und hartnäckig sein, ausprobieren und sich von Rückschlägen nicht entmutigen lassen», erklärt Schadt. «Denn in der Regel geht beim Betreten von Neuland in der Physik vieles erst mal schief.» Dank seiner kreativen Hartnäckigkeit machte der Physiker Ende der 60er-Jahre bei Hoffmann-La Roche eine bahnbrechende Erfindung: flache Flüssigkristalldisplays, die mit extrem geringem Leistungsbedarf betrieben werden können. Diese Technologie hat den Flachbildschirm, das Smartphone und das iPad erst möglich gemacht.

Für sein Lebenswerk – die Erfindung und jahrzehntelange Weiterentwicklung der Liquid-Crystal-Display-Technologie (kurz LCD) – hat Schadt Ende Mai in Amsterdam den Europäischen Erfinderpreis verliehen bekommen. Darauf sei er sehr stolz, sagt der sonst so bescheiden wirkende Mann. «Vor allem auch, weil viele meiner Erfindungen tatsächlich zur Anwendung gekommen sind.»

Als Schadt Ende der 60er-Jahre bei Roche anfing, war das Ziel des Unternehmens, Flachbildschirme mit Flüssigkristallen in medizinischen Geräten einzusetzen. «Damals waren die Firmen sehr unternehmenslustig. Sie wollten diversifizieren und waren hochinteressiert an neuen Technologien», erzählt Schadt. «Und sie waren bereit, den Forschern dafür Zeit und Mittel zu geben.» Das alles – und die Möglichkeit, interdisziplinär zu arbeiten – kam dem jungen Physiker gelegen, und gemeinsam mit seinem Kollegen Wolfgang Helfrich machte er sich ans Werk.

«Wie wir das angingen, war uns überlassen. So entwickelten wir Konzepte, um neuartige Molekülkonfigurationen zu erzeugen, die mit elektrischen Feldern umorientiert werden konnten.» Würde dies gelingen, würde man künftig mit minimaler Leistung optische Effekte erzeugen können.

Bis es so weit war und sie 1970 ihr erstes Patent anmelden konnten, brauchte es allerdings viele Experimente. «Dass wir eine wenige Mikrometer dünne Flüssigkristallkonfiguration mit hohem Kontrast bereits bei tiefen Spannungen umschalten konnten, war das eigentlich Bahnbrechende an diesem Patent.» Das Prinzip funktioniert heute noch gleich. Vereinfacht gesagt: Flüssigkristalle sind als winzige Pixel zwischen zwei leitenden, transparenten Glasplatten angeordnet und können mittels elektrischer Signale umorientiert und in der Lichtdurchlässigkeit variiert werden. Dadurch entstehen auf dem Bildschirm Schrift und Bilder.

«In der Physik wird man oft mit unerwarteten Ergebnissen konfrontiert», sagt Schadt. «Man hat eine Modellvorstellung, aber erst das Experiment zeigt, ob die Idee zutrifft – und kommt es anders als erwartet, versucht man, die Ursachen zu verstehen.»

Mich interessiert, wie die Dinge grundsätzlich funktionieren.

Das war einer der Gründe, weshalb Schadt Physik studierte. «Mich hat immer interessiert, wie die Dinge grundsätzlich funktionieren. Gleichzeitig bin ich ein sehr praktischer Mensch; ich mag Forschungsergebnisse, die auch tatsächlich anwendbar sind.»

So bahnbrechend die erste Erfindung war, so enttäuschend erwies sich zunächst das Ergebnis für Schadt. «Wir bekamen einen neuen Forschungsleiter, der in Flüssigkristallen kein Potenzial sah, er bezeichnete sie gar als ‹überflüssige Kristalle› und stellte die Forschung dazu ein.» Schadt fühlte sich unfair behandelt und spielte mit dem Gedanken, einen Job als Physiklehrer an der Ingenieurschule in Muttenz anzunehmen. Schliesslich liess er sich vom damaligen Roche-Forschungsleiter überzeugen, die Firma doch nicht zu verlassen und in die biophysikalische Grundlagenforschung einzusteigen. Sein Kollege Wolfgang Helfrich hingegen verliess die Firma und wurde Physikprofessor in Berlin.

Zwei Jahre später interessierte sich plötzlich die japanische Uhrenfirma Seiko für Schadts und Helfrichs Patent. Sie wollte es exklusiv zur Herstellung der elektronischen Anzeigen für ihre Quarzuhren kaufen, und Roche realisierte nun doch noch das Potenzial der Erfindung. Schadt wurde in seinen früheren Arbeitsbereich zurückgeholt und zum Leiter eines interdisziplinären Forscherteams von Chemikern und Physikern ernannt, um die junge LCD-Technologie weiterzuentwickeln.

Deren Kommerzialisierung begann kurz darauf mit den Uhren und Taschenrechnern der japanischen Elektronikindustrie und verbreitete sich von dort aus weltweit. 1994 wurde Martin Schadt sein eigener Chef als CEO der ausgelagerten Firma Rolic (Roche Liquid Crystals). Damals verkaufte Roche das klassische Flüssigkristallgeschäft an Merck, derweil Rolic auf einem Spezialgebiet weiterforschte.

Wer primär viel Geld verdienen will, sollte nicht Physik studieren.

Seit 2002 ist Martin Schadt offiziell pensioniert, aber weiter als wissenschaftlicher Berater aktiv; er forscht bis heute in Zusammenarbeit mit Universitäten und Industrien in den USA und Asien. «Etwa ein Drittel meiner Zeit setze ich dafür ein – nicht um Geld zu verdienen, sondern weil ich das Gebiet der Elektrooptik weiterhin spannend finde.» Seine Partnerin und die erwachsenen Kinder tragen es mit Fassung. «Ich werde daran arbeiten, solange ich kann. In Rimini am Strand zu liegen, interessiert mich jedenfalls nicht.»

Die restlichen zwei Drittel seiner Zeit widmet Schadt seinen Audioprojekten, liest Physik- und Geschichtsbücher und ist mit seiner Partnerin auf Reisen: China, Japan, Kanada, USA, oft im Zusammenhang mit wissenschaftlichen Tagungen. Aus der Zeit, als seine Kinder klein waren, stehen im Bücherregal auch noch reihenweise «Garfield»-Sammelbände. «Ich mag den Humor von Jim Davis, Garfield hat so viel eigenwillig Menschliches.»

Im Laufe seiner jahrzehntelangen Forschung hat Schadt über 119 US- und 166 EU-Patente erteilt bekommen, das letzte ist nur gerade zwölf Monate alt. Für die allfällige Kommerzialisierung einer Erfindung ist entscheidend, ob man für das entsprechende Land Patentschutz hat. «Im Ausland Patente anzumelden, lohnt sich nur, wenn eine Erfindung kommerziell erfolgreich wird», sagt Schadt. «Es kostet rund 50'000 Franken, in den wichtigsten Industrieländern ein Patent anzumelden.»

Finanziell profitiert hat der Physiker von seinen Erfindungen nur indirekt. «Meist tritt man die Rechte an geistigem Eigentum an die Firma ab. Dafür werden Forscher gut entlöhnt und erhalten die Freiheit, das zu tun, was sie interessiert. Für mich war das immer ein guter Deal.» Wäre es anders gewesen, hätte er sich längst ins Ausland abgesetzt.

«Wer primär eine Menge Geld verdienen will, der sollte nicht Physik studieren, sondern Investmentbanker werden.» Was wird einst die LCD-Technologie aufs Altenteil schicken, so wie das in den 90er-Jahren mit dem Röhrenbildschirm geschah? Eine Nachfolgetechnik, die LCD komplett ersetzen kann, ist laut Schadt nicht in Sicht. «Ein Technologiesprung, wie er mit den Flüssigkristallen gelungen ist, passiert relativ selten. Aber die LCD-Technologie wird dauernd rasant verbessert – und dafür gibt es auch weiterhin grosses Potenzial.»

Fotograf: Christian Flierl