Deep Blue – Vom blauen Molekül zum therapeutischen Tageslicht
Boundary Spanner David Vonlanthen verbindet Wissenschaft, Technik und Fertigung über Fachgrenzen hinweg – vom Moleküldesign bis zum funktionierenden Prototyp mit Perspektive für den Massenmarkt.
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Die Herausforderung: Vom wissenschaftlichen Problem zur wirtschaftlichen Produktion
Hochwertiges weisses Licht soll dem natürlichen Tageslicht möglichst nahekommen. So kann OLED Weisslicht besser therapeutisch als Medizinalgerät eingesetzt werden. Dafür ist ein leistungsfähiger nahe UV-blauer Lichtanteil entscheidend. Gerade tiefblaues Licht ist bei organischen Lichtquellen besonders anspruchsvoll zu erzeugen das es wegen der energiereichen kurzen Wellellenlänge unstabil ist.
Da mich das lösen von komplexen Problemen anspricht, nahm diese Herausforderung im Deep Blue OLED-Projekt auf – und stellte die Frage nicht nur aus Sicht der Materialwissenschaft sondern als interdisziplinäre Fragestellung.
Eine interdisziplinäre Aufgabe statt einer isolierten Fragestellung
Wie lässt sich ein leistungsfähiger blaues Lichtsystem auf mehreren Rohstoffen entwickeln und gleichzeitig so konzipieren, dass daraus perspektivisch eine skalierbare Fertigungstechnologie entstehen kann?
Damit wurde aus einer Ingenieur Fragestellung eine interdisziplinäre Aufgabe – von der Chemie über Engineering und Fertigung bis zur wirtschaftlichen Rechnung.
Von der Materialentwicklung zur skalierbaren Fertigung
Sehr effiziente OLEDs werden häufig über aufwendige Vakuumprozesse (Chemical Vacuum Deposition) hergestellt. Diese Technologie funktioniert ausgezeichntet, ist für eine grossflächige und kostengünstige Produktion jedoch mit erheblichem Anlagen- und Prozessaufwand verbunden.
Skalierung bereits bei der frühen Entwicklung mitdenken
Solution Processing verfolgt den Ansatz Salierbarkeit: Funktionale Materialien werden gelöst und können prinzipiell gedruckt oder auf grosse Flächen aufgebracht werden – bis hin zu kontinuierlichen Roll-to-Roll-Prozessen.
Für mich bedeutete das: Die spätere Fertigung musste bereits bei der Materialentwicklung mitgedacht werden.
Nicht nur:
„Funktioniert das Material?“
Sondern:
„Welche Materialeigenschaften, Prozesse, technischen Randbedingungen braucht es, damit daraus eine skalierbare Technologie entstehen kann?“
Hier ist also ein Boundry Spanner ein Kapital für ein Projekt. Der Boundry Spanner kann schon bei der Planung die zukünftigen Herausforderungen ohne komplexe Fachgremien einzuberufen, die langwierige Evaluationen und Machbarkeitsstudien in Auftrag geben, eine Idee bewerten.
Skalierung bedeutet nicht einfach: mehr produzieren
Bei der Herstellung von 100 Vitamin-C-Kapseln ist eine fehlerhafte Kapsel überschaubar. Bei 10’000 Kapseln sind 100 fehlerhafte Produkte zwar mehr, aber der Ausschuss bleibt bei 1 %.
Bei einem hochintegrierten Multiprozess-Produkt wie einem OLED-Display kann dieselbe Fehlerquote eine völlig andere wirtschaftliche Bedeutung haben.
→ Bei der Skalierung von Devices wie OLEDS zählt deshalb nicht nur die Produktionsmenge, sondern vor allem Prozessstabilität, Reproduzierbarkeit und Ausbeute (Yield) als Kennzahlen. 1% Ausschuss in einem er einzigen integrierten Prozessstufe wäre viel zu hoch.
Ein Boundary Spanner als Kapital für das Projekt
Ein Boundary Spanner verbindet Wissen aus unterschiedlichen Fachgebieten und erkennt dadurch bereits bei der Planung eines Projekts mögliche technische, fertigungstechnische und wirtschaftliche Herausforderungen.
Wo sonst mehrere Fachgremien, Evaluationen und Machbarkeitsstudien notwendig sein können, kann ein Boundary Spanner eine Idee bereits früh fachübergreifend einordnen: Was ist technisch plausibel? Wo liegen die kritischen Schnittstellen? Welche Fehlerquellen entstehen bei der Skalierung? Welche Anforderungen ergeben sich für Material, Fertigung, Qualität und Kosten?
Das bedeutet nicht, dass detaillierte Fachprüfungen überflüssig werden. Der Boundary Spanner kann jedoch früh entscheiden, welche Fragen tatsächlich vertieft untersucht werden müssen – und welche nicht.
Damit wird interdisziplinäres Wissen zu einem konkreten Projektvorteil: frühere Entscheidungen, gezieltere Evaluationen und weniger unnötige Schleifen in der Technologieentwicklung.
Boundary Spanning: Fachgrenzen überwinden
Wissenschaftliche Arbeiten sind hoch spezialisiert – und das aus gutem Grund. Bereits jede einzelne Disziplin ist anspruchsvoll genug, um eine wissenschaftliche Laufbahn oder Arbeitalltag vollständig auszufüllen.
Projektsteuerung: Interdisziplinarität mit fachlicher Tiefe
Mein Ansatz war nicht, Spezialisierung zu ersetzen, sondern Fachdisziplinen miteinander zu verbinden.
Im Projekt verband ich:
Materialdesign → Herstellung → Anpassung → Photophysik → Device Engineering → Messtechnik → Fertigungstechnologie → Wirtschaftlichkeit
Die eigentliche Herausforderung lag an den Schnittstellen (die «Schnittstellenproblematik»)
Boundary Spanner statt Spezialist in nur einem Silo - Wenn dich der andere Fachspezialist Engeistert Anschaut
Diese Arbeitsweise entspricht dem Prinzip des Boundary Spanning: Wissen, Methoden und Anforderungen verschiedener Fachbereiche werden miteinander verbunden, um komplexe Entwicklungsaufgaben über organisatorische und disziplinäre Grenzen hinweg zu bearbeiten.
Dabei geht es nicht darum, in jedem Gebiet der tiefste Spezialist zu sein. Entscheidend ist, genügend fachliche Tiefe aufzubauen, um Zusammenhänge zu verstehen, Schnittstellen zu steuern und die relevanten Stellschrauben des Gesamtsystems zu beeinflussen.
Als Boundry Spanner ist es zu ertragen, dass dich Fachspezialisten aus den verschieden Silo im ersten Moment entgeistert anschauen oder schmuntzeln wenn du versuchst die verschiedenen Fachebenen zu verbinden.
Vom Materialdesign zum funktionierenden System
Auf Basis des Materialdesigns wurden neue OLED-Materialien entwickelt, deren Eigenschaften auf die Anforderungen des späteren Lichtgerätes abgestimmt wurden.
Device Engineering als Teil der Entwicklung
Ich führte die Entwicklung vom Molekül-Materialdesign und experimentellen Konzept bis zum Device Engineering, Devicebau und zur Messung weiter.
Die Materialien wurden in funktionierenden Lichtemitter-Bauteilen getestet. Damit wurde nicht nur gezeigt, dass die Materialien interessante Eigenschaften besitzen, sondern dass daraus ein funktionierendes technologisches System aufgebaut werden kann.
Vom Material zum Funktionsnachweis
Die experimentelle Umsetzung erfolgte bis zum Funktionsnachweis im Halbleiter-Reinraum.
Damit wurde die Entwicklungskette über mehrere Ebenen hinweg geschlossen:
Material → Bauteil → Messung → Funktion in realistischer Umgebung (TRL 5)
Cross-Functional Leadership
Ich übernahm neben der wissenschaftlichen Arbeit eine koordinierende und führende Rolle im Entwicklungsprozess.
Mein Fokus lag darauf, unterschiedliche Arbeitspakete miteinander zu verbinden und Entscheidungen nicht isoliert aus Sicht einer einzelnen Disziplin zu treffen.
Materialentwicklung, Device Engineering, Fertigungstechnologie, Prozessierbarkeit und Wirtschaftlichkeit wurden als zusammenhängende Entwicklungsaufgabe betrachtet.
Damit entstand ein Ansatz, der über die reine Forschung hinausging und Aspekte des späteren Technologietransfers bereits während der Entwicklung berücksichtigte.
Mein Beitrag - Studiendesign & Projektführung und Verantwortung
Weitere Arbeiten von mir
Moleküle, die Licht manipulieren
Ein Molekül per Knopfdruck umschalten mit dem Ramanspektrometer
Aus Abwärme Strom gewinnen – Thermoelektrische Molekulare Kraftwerke
Ein Schulbuchbeispiel für interdisziplinäre Zusammenarbeit und Problemlösung
Molekularer Dimmer – Leitfähigkeit per Drehwinkel steuern
Publikationen Vonlanthen
In dieser Beitragsreihe werden die Publikation von David Vonlanthen vorgestellt.