Gorilla Glass: der unbesungene Held des Smartphones

Ich habe ein Faible für zufällige Entdeckungen, die unbeabsichtigt tiefgreifende Auswirkungen auf unser Leben haben. Denken Sie an die Kleber, der nicht klebte, das von Forschern am entwickelt wurde 3M und führte zur allgegenwärtigen Post-it-Notiz. Da war die Entdeckung der Röntgenstrahlen durch Wilhelm Röntgen, die die diagnostische Medizin revolutionierte. Und da war Percy Lebaron Spencer, ein Physiker bei Raytheon in den USA, der einen neuen Ofentyp erfand, nachdem er bemerkt hatte, dass Mikrowellen von seinem Radar einen Schokoriegel in seiner Tasche zum Schmelzen brachten.

Zufällige Entdeckungen wie diese zeigen, warum eine „gezielte“ Produktforschung und -entwicklung nicht immer eine gute Idee ist. Das Schöne an Experimenten, die spekulativ sind oder fehlschlagen, besteht darin, dass sie zu Erkenntnissen führen können, die man nie vorhersagen könnte. Denken Sie nur an die amerikanische Chemikerin Stephanie Kwolek, die 1964 für sie arbeitete DuPonterfunden Kevlar als ihre Gruppe nach einer neuen leichten und dennoch starken Faser für Reifen suchte.

Aber die zufällige Entdeckung, auf die ich mich konzentrieren möchte, ereignete sich bei Glashütte Corning im Bundesstaat New York. Bereits in den frühen 1940er Jahren waren Forscher des Unternehmens von der Tatsache fasziniert, dass Glas, ein angeblich transparentes Material, nachdunkeln und seine Farbe ändern kann, wenn es lange genug der Hitze und dem Licht der Sonne ausgesetzt wird. Um diesen Effekt zu untersuchen, setzte Robert Dalton, ein Chemiker aus Corning, Proben aus kristallklarem Rubinglas ultraviolettem Licht aus und backte sie dann in einem Ofen. Das Ergebnis: Glas mit mehreren unterschiedlichen Farbtönen.

Donald Stookey, ein weiterer Forschungschemiker von Corning, der 1940 in das Unternehmen eingetreten war, wurde beauftragt, mögliche fotografische Anwendungen von zu untersuchen dieses wunderbare neue lichtempfindliche Glas. Seine Arbeit führte zur Entwicklung eines transparenten Glases auf Alumosilikatbasis, das lichtempfindlich wurde, wenn es Spuren von Gold, Silber oder Kupfer enthielt. Stookey fand heraus, dass er sogar 3D-Designs in das Glas ätzen konnte, das als „FotoForm“ verkauft und später als Material für Elektronikverpackungen und für Lochmasken in Farbfernsehgeräten verwendet wurde.

Der große Zufall ereignete sich eines Tages im Jahr 1953, als Stookey ein Experiment durchführen wollte, bei dem ein Stück FotoForm-Glas auf eine Temperatur von 600 °C erhitzt wurde. Der Ofen war jedoch defekt und Stookey erhitzte das Glas fälschlicherweise auf 900 °C. Als er versuchte, die Probe aus dem heißen Ofen zu nehmen, rutschte sie ihm aus der Zange und krachte auf den Boden. Doch anstatt zu zersplittern, prallte das Glas – zu Stookeys Erstaunen – ab.

Er hatte gerade die erste „Glaskeramik“ geschaffen – eine neue Klasse von glasartigem Material, das überall verteilt feine Kristalle unterschiedlicher Form und Größe enthält. Nachfolgende Arbeiten führten dazu, dass Corning dieses Material zur äußerst erfolgreichen CorningWare-Reihe von Kochtöpfen und Kochtöpfen entwickelte. Sie sind temperaturschockbeständig und zerbrechen nicht, wenn sie beispielsweise direkt aus dem Gefrierschrank in einen heißen Ofen gebracht werden. CorningWare wurde nur zu einer von Stookeys millionenschweren Erfindungen.

Eine einzigartige Mischung

Markenzeichen PyrozeramDas Glas, auf das Stookey stieß, hatte eine einzigartige Kombination von Eigenschaften: Es war nicht nur hitzebeständig, sondern auch extrem hart, superstark und transparent für Radiowellen. Auch im militärischen Bereich fand das Material Eingang, beispielsweise in den Nasenkegeln von Überschallradarkuppeln von Lenkflugkörpern. Später, in den 1960er Jahren, entwickelte Corning eine neue Art von Pyroceram-Material, das nicht undurchsichtig, sondern für sichtbares Licht transparent war.

Das Unternehmen entschied sich zunächst dafür, dieses neuere Produkt nicht zu vermarkten, da es befürchtete, es würde den Umsatz der bestehenden und äußerst erfolgreichen Corning-Produkte ausschlachten Pyrex Eine Reihe von Borosilikatglaswaren, die seit 1915 erfolgreich war. Doch in den 1970er Jahren hatten Forscher von Corning France eine bernsteinfarbene Version von Pyroceram entwickelt, die sie patentieren ließen und in eine neue Reihe von Kochgeschirr umwandelten, die unter dem Markennamen Visions firmierte .

Unterdessen hatte Corning im Rahmen einer Initiative, die das Unternehmen „Project Muscle“ nannte, neue Wege erforscht, um Glas stärker zu machen. Das meiste Glas wird durch Erhitzen auf eine hohe Temperatur und anschließendes schnelles Abkühlen gehärtet, sodass die Außenseite viel schneller abkühlt als die Innenseite – ein Vorgang, der als Tempern bezeichnet wird. Der Temperaturgradient setzt das Innere des Glases unter Spannung und komprimiert die äußere Oberfläche, wodurch das Glas stärker wird und weniger anfällig für mikroskopische Risse und Fehler ist.

Je dünner das Glas jedoch wird, desto schwieriger wird es, einen wesentlichen Unterschied in der Abkühlgeschwindigkeit zwischen dem Kern und der Oberfläche herzustellen. In den 1960er Jahren entdeckten Forscher von Corning einen Weg chemisch härtendes Glas indem kleinere Ionen im Glas durch größere Ionen aus einem chemischen Bad ersetzt werden. Durch diesen Prozess des „Ionenaustauschs“ wird die Oberfläche des Glases stark komprimiert und ist daher weniger anfällig für Beschädigungen und die Ausübung von Spannungen, die zum Bruch führen könnten.

Corning verkaufte dieses Glas unter dem Markennamen Chemcor und es wurde bis Anfang der 1990er Jahre in verschiedenen kommerziellen und industriellen Anwendungen verwendet, darunter Windschutzscheiben für Autos, Flugzeuge, Arzneimittelfläschchen, Gefängnisfenster, Schutzbrillen und Telefonzellen. Chemcor hatte unterschiedliche kommerzielle Erfolge, aber das sollte sich im Januar 2007 ändern, als Steve Jobs, der damalige CEO von Apple, die Bühne des diesjährigen MacWorld-Kongresses in San Francisco betrat.

Betreten Sie Steve Jobs

Vor ein jubelndes Publikum im Moscone Center, stellte Jobs ein revolutionäres neues Gerät vor – das allererste Apple iPhone. Bis zu diesem Zeitpunkt waren Smartphones klobige, hässliche Objekte mit fummeligen Tastaturen. Das neue 3.5-Zoll-iPhone versprach, den Markt zu verändern und den Kunden erstmals ein elegantes Touchscreen-Gerät mit integrierter Kamera und Webbrowsing-Funktionen zu bieten.

Doch am Tag, nachdem er das Gerät einer begeisterten Welt vorgestellt hatte, beklagte sich Jobs darüber, dass der Bildschirm seines eigenen iPhones, das er in der Tasche herumgetragen hatte, am Ende mit winzigen Kerben übersät sei. Das liegt daran, dass der iPhone-Prototyp, den Jobs vorgeführt hatte, mit einem Kunststoffbildschirm ausgestattet war, der zwar mechanisch stabil, aber sehr leicht zu zerkratzen war. Ein paar Jahre zuvor hatte Corning Jobs die Glastechnologie des Unternehmens gezeigt und er bestand nun darauf, dass das iPhone, als es nur fünf Monate später, im Juni 2007, auf den Markt kam, einen Glasbildschirm haben musste.

Jeff Williams, der Chief Operating Officer von Apple, erinnert sich, wie er Jobs sagte, seine Forderung sei unmöglich, und darauf bestand, dass die Entwicklung von Glas dafür drei oder vier Jahre dauern würde robust genug, um Jobs‘ Anforderungen zu erfüllen. „Ich sagte: ‚Wir haben das gesamte aktuelle Glas getestet und wenn man es fallen lässt, zerbricht es in 100 % der Fälle.‘ Und er sagte: ‚Ich weiß nicht, wie wir das machen sollen, aber wenn es im Juni ausgeliefert wird, wird es aus Glas sein‘.“

Zwei Tage später erhielt Williams einen Anruf von Wendell Wochen, CEO von Corning. Weeks schlug vor, dass das Chemcor-Glas von Corning, das das Unternehmen gerade wieder für die Smartphone-Nutzung untersucht hatte, unter dem Namen „Gorilla Glass“, könnte die Lösung für Apples Problem sein. Es folgten mehrere Monate, die Williams als „reinen Terror“ bezeichnet, während die Teams beider Unternehmen mit Hochdruck daran arbeiteten, Chemcor rechtzeitig zur Markteinführung des iPhones fertig zu machen.

Die Arbeit hat sich gelohnt. „Als wir im Juni [2007] auf den Markt kamen, hatten Kunden ein iPhone, das die schöne Haptik von Glas – Corning-Glas – hatte und kratzfest war“, erinnert sich Williams. „Es hat geholfen, den Ton für das iPhone festzulegen.“ Das kratzfeste Glas, das mit dem iPhone der ersten Generation ausgeliefert wurde, war ein wesentlicher Teil des iPhone-Erfolgs.

Marktbeherrschung

In den frühen Smartphones war das Gorilla-Glas von Corning etwa 1 mm dick – noch dicker und die damals verwendeten kapazitiven Flüssigkristalldisplays hätten nicht gut funktioniert. Aber trotz seiner Dicke war das Glas hart, überraschend flexibel und unglaublich kratzfest, genau wie Jobs es verlangte. Derzeit ist Corning in der siebten Generation von Gorilla-Glas, das nur 0.3–0.5 mm dick ist. Natürlich gibt es mittlerweile viele Konkurrenten, die auch Smartphone-Glas herstellen, darunter Dragontrail aus Japan AGC Inc und Xension von der deutschen Firma Schott.

Aber Gorilla Glass dominiert den Markt. Bis 2017 wurde es von 40 großen Herstellern auf der ganzen Welt übernommen und nicht nur auf allen Apple iPhones und iPads, sondern in mehr als 1800 Produkten vieler verschiedener Firmen verwendet. Laut Expert Market Research hatte der weltweite Markt für Smartphone-Abdeckungsgläser im Jahr 1.63 einen Wert von rund 2020 Milliarden US-Dollar, wobei Gorilla-Glas in fast sechs Milliarden Geräten verbaut wurde. Corning liefert jedoch das gesamte Glas für Apple-Smartphones, wobei das Unternehmen es mit jeder Gerätegeneration immer häufiger verwendet.

Natürlich können Telefone fallen gelassen werden, und obwohl Gorilla Glass unglaublich widerstandsfähig ist, können Smartphone-Bildschirme beschädigt werden. Deshalb gibt es auch einen guten Markt für Displayschutzfolien, die oft aus ähnlichen glasartigen Materialien bestehen. Laut einem Bericht von MarketWatch in diesem Jahr soll der Markt für Displayschutzfolien von 2.3 Milliarden US-Dollar im Jahr 2020 auf 5.4 Milliarden US-Dollar im Jahr 2026 wachsen. Schließlich möchte niemand ein nahezu unkratzbares Spitzenprodukt zerkratzen Smartphone, für das sie möglicherweise mehr als 1000 £ bezahlt haben!

Können Sie sich dennoch vorstellen, wie der Markt auf ein Apple iPhone reagiert hätte, das jedes Mal zerkratzt wurde, wenn Sie es in die Tasche stecken? Wenn Jobs das iPhone mit einem Plastikbildschirm auf den Markt gebracht hätte, wie es ursprünglich geplant war, hätte das meiner Meinung nach das Gerät durchaus zerstören können – so cool die Idee auch war. Jobs hatte recht: Es musste Glas sein. Und wenn man bedenkt, dass alles auf ein verpatztes Experiment und einen defekten Ofen bei Corning Glass Works im Jahr 1953 zurückzuführen ist. Ohne diesen Zufall wären wir vielleicht nie dort, wo wir heute sind.