Optische Technologien Leuchtende Zukunft

Leuchtdioden und Laser sind erst der Anfang: Die Industrie steht vor dem Durchbruch einer neuen Leittechnologie. Und deutsche Unternehmen sind bei dieser optischen Revolution ganz vorn dabei.

Wenn Andreas Tünnermann die Zukunft der optischen Technologien umreißen soll, dann fällt ihm als Erstes die kambrische Explosion ein. Die fand vor 500 Millionen Jahren statt - im Erdzeitalter des Kambriums - und veränderte das Leben auf dem Globus.

Zum ersten Mal brach die Sonne durch zuvor undurchdringliche Wolken, Gas- und Partikelschichten. "Es ward Licht", wie es in der biblischen Schöpfungsgeschichte heißt - und die Fauna differenzierte sich in Jäger und Gejagte.

Fortan entschied gutes Sehen über Leben und Tod - bei jedem Plattwurm, Trilobiten und Kalmar. Es ging darum, Freund von Feind, Beute von Killer, die Gattin vom Rivalen zu unterscheiden - möglichst bei jeder Beleuchtung, auf jede Entfernung. So entstanden Linsen, Pupillen, Netzhäute und die übrigen Teile der verschiedenen Augenmodelle, spezialisierte Nervenzellverbünde und andere Neurohardware sowie unterschiedliche Verhaltenssoftware, zum Beispiel Flucht- und Paarungsreflexe.

"Technik und Industrie stehen heute vor einer Revolution wie damals die Natur", sagt Andreas Tünnermann. Der 43-Jährige, Leiter des Fraunhofer Instituts für Angewandte Optik und Feinmechanik (IOF) in Jena, sieht Laser, Leuchtdioden und andere Verfahren, die Licht nutzen, vor einem ähnlichen Durchbruch zur Leittechnologie wie die Mikroelektronik in den 60er Jahren. "War das 20. Jahrhundert die Ära des Elektrons", sagt der Zwei-Meter-Mann, "dann ist das 21. das Jahrhundert des Photons." So heißt in der Physik der kleinste Träger von Lichtenergie.

Die Prophezeiung klingt großspurig, doch weder in der akademischen noch in der industriellen Fachwelt mag jemand widersprechen. Und die deutsche Industrie startet von der Poleposition: Bei Hochleistungslasern zur Materialbearbeitung liegt der deutsche Anteil am Weltmarkt schon heute bei 40 Prozent. Bei speziellen Industrielasern, wie sie etwa von der Trumpf-Gruppe hergestellt werden, sind es sogar 60 Prozent.

Konkurrenz flammt auf

Die Branche ist guter Dinge: Bis zum Jahr 2010, so kalkulieren die etwa tausend Unternehmen der optischen Branchen in Deutschland, wird die Zahl ihrer Arbeitsplätze um 40 Prozent steigen.

Wer auf die richtige Technologie setzt, wer das Patent auf die künftige "Killer-Applikation" hat, der kann gar zum "Intel des 21. Jahrhunderts" werden. Der amerikanische Hersteller von Mikroprozessoren und Speicherchips gilt als Schrittmacher des Computerzeitalters - und als dessen größter Nutznießer.

Die Voraussetzungen dafür, dass deutsche Unternehmen im Photonenzeitalter Führungsrollen übernehmen, sind so schlecht nicht. Die Wissenschaftsszene glänzt mit Forschern wie IOF-Chef Tünnermann, der 2005 den renommierten Leibniz-Preis bekam.

Die Industrie und die Bundesregierung haben verabredet, in den nächsten Jahren zusammen 600 Millionen Euro in optische Technologien zu stecken.

Mehrere Konsortien haben sich gegründet, in denen so große, prominente Firmen wie Osram, Merck, Carl Zeiss und BASF , aber auch kleine und mittelständische Herausforderer wie die Aachener Aixtron  oder die Novaled in Dresden ihre Forschung und Entwicklung (F+E) gebündelt haben.

Doch unter der Oberfläche des vereinten Fortschrittsglaubens bilden sich bereits erste Risse. Konkurrenz flammt auf in den Konsortien: Machen sich die Wettbewerber, die dort nach der wichtigsten Innovation suchen, nicht gegenseitig die Patente streitig?

Die deutschen Zweifler

Schon wachsen Zweifel, ob die deutsche Wirtschaft die Chance zur Führung wirklich nutzen kann. Bei der Vorgängertechnologie, den heute weit verbreiteten LCD-Monitoren, konnten deutsche Unternehmen wie Merck & Co.  auch nur als Rohmaterialienlieferanten glänzen, etwa für Flüssigkristalle.

Die großen Gewinne mit Flachbildschirmen für Fernseher und Computer machten die koreanischen und japanischen Weltmarktführer wie Samsung  oder Sharp .

Können die deutschen Hersteller ihre innovativen optischen Technologien überhaupt auf den Weltmarkt bringen, wenn die internationalen Vertriebsnetze noch immer von den Asiaten beherrscht werden?

Oder droht ein ähnliches Debakel wie bei der MP3-Software - erfunden in Deutschland, aber profitabel umgesetzt nur im Ausland? Das wäre typisch deutsch und jammerschade. Denn die Marktpotenziale sind enorm.

Beispiel Leuchtdioden (LED): Die kleinen, starken Lichtquellen revolutionieren derzeit das gesamte Beleuchtungswesen, aber auch den Markt für Flachbildschirme. Allein bei denen geht es um ein Umsatzvolumen von derzeit zehn Milliarden Euro pro Jahr.

Beispiel "organische" LEDs: Künftig könnte es leuchtende Vorhänge, Tischdecken, Jacken oder Tapeten geben. "Organische" LEDs (Oleds, so genannt, weil sie elektrisch leitende Kunststoffe nutzen, die zur "organischen" Chemie gehören) strahlen Licht nicht mehr punktuell ab, sondern von ganzen Flächen. Die Licht emittierenden Folien sind nur wenige Millionstel Millimeter dünn und sollen bald auch biegsame Materialien als Träger nutzen.

Der dynamische Markt

Bei Displays könnten ebenfalls eine größere Rolle spielen. Schon gibt es erste Mobiltelefone, MP3-Player und Instrumente im Auto-Cockpit. Künftig sollen aber auch große Bildschirme mit Oleds betrieben werden.

Der Markt wächst dynamisch: Die Technologieberatung ID TechEx prognostiziert für das Jahr 2015 ein Volumen von sechs Milliarden Dollar - auch wenn Skeptiker darauf hinweisen, dass die Leuchtkunststoffe noch zu teuer und zu anfällig für den Gebrauchsmarkt seien.

Wachstumsfelder tun sich auch auf den Märkten für optische Geräte auf. Für "Embedded Projection" - Projektoren, die, etwa eingebaut in ein UMTS-Handy, Powerpoint-Grafiken oder Videoclips aus dem Internet auf die Leinwand im Konferenzraum projizieren können - sei ebenfalls ein Weltmarkt von zehn Milliarden Euro pro Jahr denkbar kalkuliert Rüdiger Müller, Leiter Opto-Semiconductors bei Osram.

Fraunhofer-Forscher Tünnermann tüftelt schon an der passenden Optik. Eine Digitalkamera, die dereinst auf dieser Konstruktion basieren wird, bräuchte nur einen Millimeter Bautiefe im Handygehäuse.

Tünnermanns Interesse entzündet sich nicht nur an den Fantasien über neue raffinierte Produkte. Ihn dürstet auch nach fundamentaler Erkenntnis: Was sind die grundlegenden Eigenschaften von Licht? Welche Wechselwirkungen gibt es zwischen Photonen und Elektronen?

Und welche ungeahnten Nutzungsmöglichkeiten mögen sich in fernerer Zukunft für die Optoelektronik eröffnen? Um solche Fragen besser beantworten zu können, hat Leibniz-Preisträger Tünnermann die 1,55 Millionen Euro Preisgeld für Forschungsprojekte in diesen Feldern eingesetzt.

Eines der interessantesten Gebiete sind die "optischen Faserverstärker". Schon heute bilden sie Schlüsselelemente moderner Kommunikationssysteme, die wesentlich zum Erfolg des Internets beigetragen haben. Künftig können derartige Systeme auch in der Produktionstechnik an Bedeutung gewinnen. Das wäre ein gewaltiger Durchbruch.

Zum "neuen Intel" werden

Welchem Unternehmen es auch immer gelingen mag, die Basistechnologie der "optischen Faserverstärker" als Erstes den Weltmärkten zur Verfügung zu stellen - es könnte zu einem "neuen Intel" werden. Für die Informationswirtschaft und die Wissensgesellschaft würde ein neues Zeitalter beginnen.

Die Dimension der kambrischen Explosion kann jedoch erst die Nano-Optik erreichen. Das Forschungsfeld zielt darauf, die bislang ehernen Regeln von Optik und Elektrotechnik umzustoßen - es geht um nichts weniger als die Erschaffung einer neuen Physik. Kühne Zukunftsprojekte, an denen die Forscher noch viele Jahre arbeiten werden.

Hoffentlich geht ihnen unterwegs nicht die Luft aus. Denn aus den Industriekonsortien haben sich bereits die ersten Unternehmen zurückgezogen.

Andere Technologiefirmen können aber nicht nachrücken, weil die gegenseitigen Vertraulichkeitserklärungen bei bis zu 33 Mitgliedern eines Konsortiums so kompliziert konstruiert sind, dass das Geflecht nicht nachträglich neu geknüpft werden kann.

Dabei geht es in den Industrieallianzen bisher noch um Grundlagenforschung. Also um den reinen Erkenntnisgewinn, der vor dem wirtschaftlichen Wettbewerb liegt. Bei der Anwendungsforschung und später bei den konkreten Produktentwicklungen wird die Konkurrenz zwischen den Firmen erst richtig aufflammen.

Dann sind weniger die Zulieferer von Basismaterialien und -technologien gefragt, wie BASF  oder Merck, dann geht es um Konsumgüter wie LED-Leuchten oder Displays. Oder um die raffinierten Produktionsprozesse, wie sie etwa Aixtron vorantreibt.

"Nicht verrückt machen"

Bei dem Aachener TechDax-Unternehmen herrscht denn auch die größte Skepsis gegenüber Deutschlands künftiger Vorherrschaft bei optischen Technologien. Beeindruckende Fortschritte in der Forschung würden hierzulande zwar gemacht, sagt Michael Heuken, Vice President für Forschung und Entwicklung bei dem Hersteller von Produktionsanlagen für elektronische und optische Verbindungshalbleiter. "Die lichttechnische Werkbank wird jedoch weiterhin in Asien bleiben."

Die fernöstlichen Konzerne, so Heuken, verfolgten ein ganz anderes Denken als die deutschen: "Die suchen nicht nach Hightech-Nischen, sondern nach Massenmärkten, wo Billigprodukte mit geringem Aufwand vertrieben werden können."

Das "neue Intel" der Opto-Ära mag in der Branche noch niemand nennen, solange die Killer-Anwendung fehlt. Und niemand weiß, ob es ein deutsches Unternehmen sein wird.

Fraunhofer-Forscher Tünnermann kennt all diese Einwände. Er wischt sie nicht vom Tisch. Klar, Rückschläge kann es immer geben.

Andererseits weiß er aber auch, wie schnell Technologiesprünge Märkte radikal verändern können. Vor fünf Jahren erlebte er die Revolution der Industrielaser mit. Seine Forschungen am Laser-Zentrum Hannover hatten diese Entwicklung mit angestoßen.

Nun also geht es um die Milliardenmärkte für optische Technologien. "Man darf sich nicht verrückt machen lassen", sagt Andreas Tünnermann mit dem erdverbundenen Stoizismus seiner niedersächsischen Heimat. "Der Fortschritt kommt bestimmt." Und die deutschen Unternehmen seien sicher dabei. "In der einen oder anderen Form: ganz sicher."

Fotostrecke: Die Geheimnisse des "neuen" Lichts

Mehr lesen über Verwandte Artikel
Die Wiedergabe wurde unterbrochen.