Tief in der Tinte

Als Doktor der Chemie hat es Johannes Canisius tagtäglich mit der Entwicklung neuer, sehr komplexer Moleküle zu tun. Dennoch kann er verhältnismäßig einfach erklären, wofür diese Arbeit wichtig ist. Denn die meisten Menschen wissen, welche Vorteile ein Tintenstrahldrucker bringt: Er bedruckt Papier, das leicht und biegsam ist, zu niedrigen Kosten.

Der Leiter der Abteilung Forschung und Entwicklung für organische Elektronik will daher nun dieses Druckverfahren für die Herstellung von Transistoren erschließen. Die elektronischen Schalter spielen eine entscheidende Rolle etwa bei der Ansteuerung von Flachbildschirmen, für die Merck heute vor allem die Flüssigkristalle liefert. Noch bestehen die Transistoren aus dem Halbleiter Silizium, der jedoch bei sehr hohen Temperaturen und in einem sehr aufwendigen Prozess auf einen Glasträger aufgedampft werden muss. Der Bildschirm wird dadurch starr, schwer und bruchanfällig – und die Herstellung äußerst kostspielig.

Mit Hilfe organischer Halbleiter lässt sich das ändern. Sie bestehen entweder aus großen Molekülketten ("Polymeren") oder "kleinen" Molekülen, die in Abhängigkeit von ihrer chemischen Zusammensetzung isolierende, halbleitende oder leitende Eigenschaften bieten. Eigenschaften also, die für den Bau von Transistoren benötigt werden. Zudem lassen sich diese Materialien in bestimmten Flüssigkeiten lösen und als Tinte auf einen Träger aufbringen. "Damit können wir", erklärt Canisius, "die organischen Transistoren wie Zeitungspapier großflächig und sehr kostengünstig Schicht für Schicht drucken."

Diese Perspektive eröffnet Merck-Kunden eine große Chance. Mit den "Elektronik-Tinten" haben sie eine Technologie zur Hand, die beispielsweise das Produkt "Flachbildschirm" komplett verändern kann. Der Grund: Weil sich die Tinte bei Raumtemperatur verarbeiten lässt, wird es möglich, nicht nur auf Glas, sondern auch auf biegsame Folien zu drucken. Das macht die Displays flexibel, leicht und äußerst robust.

Bei der Entwicklung der Tinten spielt das Chilworth Technical Centre von Merck im Science Park der südenglischen University of Southampton eine zentrale Rolle. Hier werden auch die neuen lisicon®-Materialien gemeinsam mit Kunden aus der ganzen Welt zur Marktreife gebracht. Die lisicon®-Produktfamilie basiert chemisch unter anderem auf organischen Halbleitern und lehnt sprachlich an den traditionellen Halbleiter (Silizium) an, den es zu ersetzen gilt. Seit der Gründung im Jahr 2000 hat sich die Zahl der Mitarbeiter in dem Forschungs- und Entwicklungszentrum fast verdreifacht. Heute arbeiten hier mehr als 60 Experten aus den Disziplinen Chemie, Physik, Anwendungstechnik und Analytik. 

Sie kommen aus England und Deutschland, aber auch aus Asien, Nordamerika und Osteuropa. Insgesamt hat Merck hier Spezialisten aus zwölf Nationen versammelt. Diese kreative Mischung wird nicht zuletzt durch den Standort Chilworth möglich. "Weil die renommierten Universitäten Cambridge, Oxford, London und Southampton in unmittelbarer Nähe liegen", erklärt Luc S. Yao, der sich bei Merck um die Vermarktung der organischen Elektronikmaterialien kümmert. "Zudem genießt die Region Südengland auf dem Gebiet der organischen Elektronik international einen sehr guten Ruf."

Zur Erweiterung der technischen Ausstattung und Möglichkeiten hat Merck 2009 dort rund drei Millionen Euro investiert. Merck hat damit eine Hightech-Umgebung aufgebaut, die alle Prozessschritte von der Materialentwicklung bis zur Anwendungstechnik von druckbarer Elektronik unter einem Dach vereint. Angefangen bei einem Drucklabor, das Kompetenzen in den gängigsten Standarddruckverfahren vereint, über ein Chemielabor, wo die Materialien konzipiert, hergestellt und zu geeigneten Formulierungen verarbeitet werden, weiter über Reinraumzonen, in denen die Materialien in gedruckten Schaltungen zu funktionsfähigen Bauelementen erweitert werden, bis hin zu den Prüflabors, in denen die fertigen Elemente auf Herz und Nieren getestet werden. Die Forschungen sind teilweise so sensibel, dass sich beim Rundgang nicht alle Türen für die Besucher öffnen. "Wir arbeiten eng und vertrauensvoll mit unseren Kunden zusammen", betont Yao. "Das zeichnet uns als Chemiespezialitätenhersteller aus."