Gorilla Glass: smarttelefonens obesjungna hjälte

Jag har en svag punkt för oavsiktliga upptäckter som oavsiktligt har en djupgående inverkan på våra liv. Tänk på lim som inte fastnade, som utvecklades av forskare vid 3M och ledde till den allestädes närvarande Post-it-anteckningen. Där var Wilhelm Röntgens upptäckt av röntgenstrålning, som revolutionerade den diagnostiska medicinen. Och det var Percy Lebaron Spencer, en fysiker vid Raytheon i USA, som uppfann en ny typ av ugn efter att ha märkt att mikrovågor från hans radarset smälte en chokladkaka i fickan.

Serendipita upptäckter som dessa visar varför "riktad" produktforskning och utveckling inte alltid är en bra idé. Det fina med experiment som är spekulativa eller går fel är att de kan leda till fynd som du aldrig skulle kunna förutsäga. Tänk bara på den amerikanska kemisten Stephanie Kwolek som 1964 när hon arbetade för DuPont, uppfann Kevlar när hennes grupp letade efter en ny lätt men stark fiber att använda för däck.

Men den oavsiktliga upptäckten jag vill fokusera på inträffade vid Corning Glasverk i delstaten New York. Redan i början av 1940-talet var forskare vid företaget fascinerade av det faktum att glas, som är ett förment genomskinligt material, kan mörkna och ändra färg om det utsätts för solens värme och ljus tillräckligt länge. Ivriga att undersöka denna effekt, exponerade Robert Dalton, en kemist i Corning, prover av kristallklart rubinglas för ultraviolett ljus och gräddade dem sedan i en ugn. Resultatet: glas med flera olika färgnyanser.

Donald Stookey, en annan forskarkemist från Corning som hade gått med i verksamheten 1940, fick i uppdrag att utforska möjliga fotografiska tillämpningar av detta underbara nya ljuskänsliga glas. Hans arbete ledde till utvecklingen av ett transparent, aluminiumsilikatbaserat glas som blev ljuskänsligt om det inkluderade spårmängder av guld, silver eller koppar. Stookey fann att han till och med kunde etsa in 3D-designer i glaset, som såldes som "FotoForm" och senare användes som material i elektronikförpackningar och för bländarmasker på färg-tv-apparater.

Det stora ögonblicket av serendipity inträffade en dag 1953 när Stookey ville utföra ett experiment som innebar att värma en bit FotoForm-glas till en temperatur på 600 °C. Ugnen hade dock utvecklat ett fel och Stookey värmde av misstag upp glaset till 900 °C. När han försökte ta ut provet från den varma ugnen gled det från hans tång och kraschade mot golvet. Men istället för att splittras studsade glaset – till Sookeys förvåning –.

Han hade precis skapat den första "glaskeramiken" - en ny klass av glasartat material som innehåller fina kristaller av olika former och storlekar utspridda. Efterföljande arbete ledde till att Corning utvecklade detta material till den enormt framgångsrika CorningWare-serien av kastruller och kokkärl. De är motståndskraftiga mot värmechock och går inte sönder om de flyttas direkt från t.ex. en frys och in i en varm ugn. CorningWare blev bara en av Stookeys uppfinningar på flera miljoner dollar.

En unik blandning

Varumärkt som Pyroceram, glaset som Stookey snubblade över hade en unik kombination av egenskaper, det var inte bara värmebeständigt, utan också extremt hårt, superstarkt och genomskinligt för radiovågor. Materialet letade sig också in i militära tillämpningar och användes till exempel i noskonerna på överljudsradarkupoler i styrda missiler. Senare, på 1960-talet, utvecklade Corning en ny typ av Pyroceram-material som inte var ogenomskinligt utan genomskinligt för synligt ljus.

Företaget valde initialt att inte kommersialisera denna nyare produkt, av rädsla att den skulle kannibalisera försäljningen från Cornings befintliga och enormt framgångsrika Pyrex sortiment av borosilikatglas, som hade gått starkt sedan 1915. Men på 1970-talet hade forskare vid Corning France utvecklat en bärnstensfärgad version av Pyroceram, som de patenterade och förvandlade till en ny serie köksredskap, som gick under varumärket Visions .

Under tiden, som en del av ett initiativ som företaget kallade Project Muscle, hade Corning undersökt nya sätt att göra glas starkare. Det mesta glaset förstärks genom att värma det till en hög temperatur och sedan kyla det snabbt så att utsidan svalnar mycket snabbare än insidan – en process som kallas härdning. Temperaturgradienten sätter insidan av glaset i spänning och komprimerar den yttre ytan, vilket gör glaset starkare och mindre benägna att ha mikroskopiska sprickor och skavanker.

När glaset blir tunnare blir det dock allt svårare att ställa in en betydande skillnad i kylhastighet mellan kärnan och ytan. På 1960-talet upptäckte forskare vid Corning ett sätt att kemiskt förstärkande glas genom att låta mindre joner i glaset ersättas med större joner från ett kemikaliebad. Tack vare denna process av "jonbyte" blir glasets yta kraftigt komprimerad och därför mindre benägen för införandet av skador och applicering av påfrestningar som kan få det att gå sönder.

Corning sålde detta glas under varumärket Chemcor och det användes fram till början av 1990-talet i olika kommersiella och industriella tillämpningar, inklusive vindrutor för bilar, flygplan, läkemedelsflaskor, fängelsefönster, säkerhetsglasögon och telefonkiosker. Chemcor hade olika grader av kommersiell framgång men allt det skulle förändras i januari 2007 när Steve Jobs, då VD för Apple, intog scenen vid det årets MacWorld-kongress i San Francisco.

Ange Steve Jobs

Framför en pigg publik på Moscone Center, introducerade Jobs en revolutionerande ny enhet – den allra första Apple iPhone. Fram till den tidpunkten hade smartphones varit klumpiga, fula föremål med krångliga tangentbord. Den nya 3.5-tums iPhone lovade att förvandla marknaden och erbjuda kunderna en snygg pekskärmsenhet med inbyggd kamera och webbsurfningsmöjligheter för första gången.

Men dagen efter att han avslöjat enheten för en entusiastisk värld, klagade Jobs över att skärmen på hans egen iPhone, som han hade burit runt i fickan, hade hamnat täckt av små hack. Det beror på att prototypen iPhone som Jobs hade demonstrerat byggdes med en plastskärm, som var mekaniskt stark men väldigt lätt att repa. Några år tidigare hade Corning visat Jobs företagets glasteknologi och han insisterade nu på att när iPhone kom ut på marknaden bara fem månader senare i juni 2007, måste den ha en glasskärm.

Jeff Williams, Apples operativa chef, minns att han berättade för Jobs att hans krav var omöjligt, och insisterade på att det skulle ta tre eller fyra år att utveckla glas som var tillräckligt hållbar för att möta Jobs krav. "Jag sa: 'Vi har testat allt det nuvarande glaset och när du tappar det går det sönder 100 % av gångerna.' Och han sa "Jag vet inte hur vi ska göra det, men när det skickas i juni kommer det att bli glas".

Två dagar senare fick Williams ett telefonsamtal från Wendell veckor, Cornings vd. Weeks föreslog att Cornings Chemcor-glas, som företaget precis hade börjat studera igen för smartphoneanvändning under namnet "Gorilla Glass”, kan vara lösningen på Apples problem. Det följde flera månader av vad Williams kallar "ren terror" när teamen på de två företagen arbetade för att förvandla Chemcor till något som skulle vara klart i tid för iPhones lansering.

Arbetet gav resultat. "När vi lanserade i juni [2007] hade kunderna en iPhone som hade den vackra känslan av glas - Corning-glas - och som var reptålig", minns Williams. "Det hjälpte till att sätta tonen för iPhone." Det reptåliga glaset som levererades på första generationens iPhone har varit en viktig del av iPhone-framgången.

Marknadsdominans

I de tidiga smarttelefonerna var Cornings Gorilla Glass cirka 1 mm tjockt – alla tjockare och de kapacitiva flytande kristallskärmarna som användes vid den tiden skulle inte ha fungerat bra. Men trots sin tjocklek var glaset hårt, förvånansvärt flexibelt och otroligt reptåligt, precis som Jobs krävde. Idag är Corning på sin sjunde generation av Gorilla Glass, som bara är 0.3–0.5 mm tjockt. Naturligtvis finns det nu många konkurrenter som även tillverkar smartphone-glas, bl.a Dragontrail från Japans AGC Inc och xensation från det tyska företaget Skott.

Men Gorilla Glass dominerar marknaden. År 2017 hade den antagits av 40 stora tillverkare runt om i världen, och användes inte bara på alla Apple iPhones och iPads, utan i mer än 1800 produkter från många olika företag. Enligt Expert Market Research var den globala glasmarknaden för smartphones värd cirka 1.63 miljarder dollar 2020, med Gorilla Glass som integrerades i nästan sex miljarder enheter. Corning tillhandahåller dock allt glas för Apples smartphones, och företaget har använt det mer och mer för varje generation av enheter.

Naturligtvis tappas telefoner och även om Gorilla Glass är otroligt tufft kan smartphoneskärmar skadas. Det är därför det också finns en sund marknad för skärmskyddsfilmer, som ofta är gjorda av liknande glasartade material. Enligt en rapport från MarketWatch i år förväntas marknaden för skärmskydd att växa från 2.3 miljarder USD 2020 till 5.4 miljarder USD 2026. När allt kommer omkring är det ingen som vill repa en förstklassig nästan orapningsbar smartphone som de kanske har betalat mer än 1000 GBP för!

Kan du ändå föreställa dig hur marknaden skulle ha reagerat på en Apple iPhone som repade sig varje gång du stoppade den i fickan? Om Jobs hade lanserat iPhone med en plastskärm som ursprungligen var planen, tror jag att det mycket väl kunde ha dödat enheten – hur cool idén än var. Jobs hade rätt: det behövde vara glas. Och att tro att allt kan spåras tillbaka till ett misslyckat experiment och en defekt ugn på Corning Glass Works 1953. Utan den serendipiteten kanske vi aldrig är där vi är idag.