Wie schwierig ist es, das iPhone aus einem einzigen Stück Glas herzustellen

Wenn es eine ultimative romantische Form für die Smartphone-Branche gibt, dann ist es wahrscheinlich das Bild, das Jony Ive immer wieder geschildert hat:

Ein iPhone, das wie ein nahtlos geformtes Stück Glas aussieht.

In Ives Vorstellung ist das Handy ein komplettes, stilles Stück schwarzes Glas. Wenn der Bildschirm aufleuchtet, treten Rahmen, Öffnungen und Sensoren hinter den Inhalt zurück, und in der Hand scheint nur noch Bild und Interaktion zu bleiben.

In den letzten mehr als zehn Jahren hat sich das iPhone dieser Form stetig genähert. Die Home-Taste ist verschwunden, der Ohrhörer wurde in den Rand integriert, die Fingerabdruckerkennung wurde durch die Gesichtserkennung abgelöst, und die Notch schrumpfte zur Dynamic Island.

Anlässlich des zwanzigsten Jubiläums der Einführung des iPhone scheint dieser Gedanke nun Wirklichkeit zu werden.

Als Apple letztes Jahr Liquid Glass vorstellte, enthüllte das Designteam in einem Interview mit ifanr, dass sie eine große Anzahl echter Glasproben hergestellt haben, um zu untersuchen, wie Licht durch Glas bricht, reflektiert und fokussiert. Alan Dyes Erklärung für die Designänderung lautet:

Wenn wir uns verändern, muss es sich lohnen. Die Veränderbarkeit und Anpassungsfähigkeit von „Flüssigglas“ wird die Grundlage für unsere Erkundung zukünftiger Erlebnisse sein.

In der Software kann „Glas“ die Schwerkraft ignorieren, sich mit dem Inhalt ausdehnen und zusammenziehen und sogar das Licht der realen Welt biegen. Bei der Hardware hingegen muss hinter jeder Brechung die Dicke, die Spannung, der Kleber, die Ausbeute und die Kosten berücksichtigt werden.

In der Software kann „Glas“ die Schwerkraft ignorieren, sich mit dem Inhalt ausdehnen und zusammenziehen und sogar das Licht der realen Welt biegen. Bei der Hardware hingegen muss hinter jeder Brechung die Dicke, die Spannung, der Kleber, die Ausbeute und die Kosten berücksichtigt werden.

Vollglas bedeutet vor allem ein Gefühl der Nahtlosigkeit

ifanr hat einmal analysiert, dass es eine lang bestehende verborgene Linie im Apple-Design gibt: Seamless, also die Nahtlosigkeit.

Dieses Gefühl der Vollständigkeit stammt selten wirklich aus einem einzigen Stück Material. Meistens platziert Apple Fugen, Antennen, Tasten und Befestigungsstrukturen an Stellen, die kaum wahrgenommen werden.

Bei dem iPhone 6 blieben an der Rückseite deutliche Antennenstreifen übrig, um die Signalqualität zu gewährleisten. Bei dem iPhone 7 existierte die Antennenstruktur weiterhin. Apple reduzierte ihren Einfluss auf das Aussehen, indem es die Spritzgussleisten verkleinerte, die Position anpasste und die Farbe vereinheitlichte.

Die Fugen sind nicht verschwunden, sie erinnern den Nutzer nur nicht ständig daran, dass er eine Gruppe zusammengebauter Teile in der Hand hält.

Von der Magic Mouse über den Apple Pencil bis hin zum HomePod investiert Apple oft hohe Verfahrenskosten, um Spuren von Teilungen und Verbindungen auf der Produktoberfläche zu reduzieren.

Das Vollglas-iPhone ist die Spitzenleistung dieser Designlinie von Apple.

In der radikalsten Lösung versucht Apple, freiliegende Metalle so weit wie möglich zu entfernen und mehrere Glaskomponenten direkt miteinander zu verbinden – es ist ein echtes All-Glass.

Darüber hinaus gibt es ein realistischeres Design, bei dem die Metallstruktur beibehalten wird und die gekrümmten Gläser auf Vorder- und Rückseite sich weiterhin zu den Seiten erstrecken. Es besteht aus Glas, aber nicht aus „vollständigem“ Glas.

In diesen Tagen behauptete Edison Lee, Analyst bei Jefferies, dass das Vollglas-Projekt wegen zu niedriger Ausbeute abgesagt wurde. Mark Guman widersprach dieser Nachricht sofort: Er sagte, dass die 20. Jubiläums-Pro-Modelle mit den Codenamen V73 und V74 wie geplant voranschreiten. Das Glas auf Vorder- und Rückseite wird zu den Seiten gebogen und trifft in der Mittellinie des Gehäuses auf einen Metallrahmen.

Beide könnten Recht haben, aber die Leute verwechseln das Konzept von All-Glass. Apple hat Glas nicht aufgegeben, sondern nur die Art der Umsetzung von „Vollglas“ geändert.

Tatsächlich wurde eine radikalere frühe Version mit einem höheren Glasanteil aufgegeben. Apple konnte die Glasplatten in der Massenproduktion nicht stabil miteinander verbinden, also kehrte es zu der Lösung mit Metallstruktur zurück.

Selbst mit diesem relativ konservativen Ansatz ist es nach wie vor sehr schwierig, Glas und Bildschirm gemeinsam zu den Seiten des Gehäuses zu erstrecken.

Ein Deckglas kann durch Warmbiegen, Pressen, Schleifen und Polieren eine komplexe dreidimensionale Kontur erhalten, während das OLED unter dem Glas aus mehreren Materialschichten besteht.

Dünnfilmtransistoren steuern die Pixel, Elektroden leiten den Strom, organische Leuchtstoffe erzeugen das Bild, und eine Versiegelungsschicht blockiert Wasserdampf. Darüber hinaus müssen noch eine Berührungsschicht und optischer Kleber aufgebracht werden. Jede Schicht hat unterschiedliche Elastizität, Dicke und Wärmeausdehnungskoeffizient.

In der Mitte der Seite des Handys muss der Bildschirm nur in eine Richtung gebogen werden, ähnlich wie Papier auf einen Zylinder geklebt wird. Das wirklich Schwierige sind die vier Ecken. Das Material muss die Krümmung gleichzeitig in horizontaler und vertikaler Richtung ändern, ähnlich wie ein flaches Blatt Papier eine Kugel lückenlos umschließen muss.

Das Papier knittert oder muss möglicherweise eingeschnitten werden. Bei dem Anzeigepanel können jedoch Schichtverschiebungen, Versiegelungsrisse und ungleichmäßige Pixel auftreten.

Ein Apple-Patentdokument zu einer zusammengesetzten gekrümmten Anzeige beschreibt dieses Problem direkt: Wenn eine flexible Flachanzeige zu einer zusammengesetzten gekrümmten Form geformt wird, können Druckspannungen das Material zum Falten oder Ausbeulen bringen. Einschnitte können Spannungen abbauen, hinterlassen aber sichtbare Fugen. Zu starkes Dehnen kann die Anzeigeschicht zum Reißen bringen.

In dem Patent werden Lösungen wie elastische Gitter, unterteilte Strukturen und spezielle Rückfolien vorgeschlagen.

Die derzeitigen Informationen bestätigen nur, dass sich die Vorder- und Rückdeckgläser zu den Seiten erstrecken, was nicht beweist, dass der effektive Anzeigebereich des OLED auch die vier Ecken vollständig abdeckt.

Apple kann das OLED auch mit einer relativ milden Krümmung versehen und dann mit Deckglas, schwarzem Rand und optischer Struktur die Kanten des Bildschirms visuell erweitern. Der Nutzer sieht einen Bildschirm ohne Grenzen, aber die tatsächlichen Pixel reichen möglicherweise nicht bis zum Ende des Glases.

Die Verwendung von mehr gekrümmtem Glas am Gehäuse bedeutet auch nicht, dass der Bildschirm vollständig keine Öffnungen mehr hat.

Selbst wenn der Rand durch gekrümmtes Glas verborgen werden kann, benötigen die Frontkamera und Face ID immer noch Licht von außen. Um sie unter den Bildschirm zu platzieren, muss das Anzeigepanel eine ausreichend gute Lichtdurchlässigkeit aufweisen.

Pixel, Elektroden und Leitungen reduzieren die Lichtmenge und erzeugen Beugung, Streuung und Geisterbilder. Bei einer normalen Frontkamera führt dies zu unscharfen Bildern und Bildrauschen. Bei der Infrarot-Gesichtserkennung müssen zusätzlich die Durchlässigkeit für bestimmte Wellenlängen und die Integrität des Lichtstrahls berücksichtigt werden. Sowohl die Forschung zu Unterdisplay-Kameras als auch zu Unterdisplay-Infrarot-Bildgebung befassen sich mit diesen Problemen.

Obwohl das Glasgehäuse wie geplant voranschreiten kann, bedeutet das nicht, dass die Anzeigelösung ohne Öffnungen bereits ausgereift ist.

Fugen existieren immer, Apple versucht nur, sie so weit wie möglich zu verbergen

Die radikalere Vollglas-Version scheiterte letztendlich an der Glasverbindung. Dieses Mal muss das Glas gleichzeitig für Aussehen, Verbindung und Schutz sorgen.

Glas ist hart, aber es fehlt ihm die Zähigkeit von Metall. Es kann hohen Drucklasten standhalten, ist aber besonders empfindlich gegenüber Randkerben, winzigen Kratzern und lokalen Zugspannungen. Je komplexer die Krümmung ist, desto schwieriger sind Dicke, Krümmung und Restspannung zu steuern.

Wenn mehrere Glasstücke direkt zu einem Gehäuse zusammengefügt werden, müssen die Fugen Fall-, Torsions-, Temperaturwechsel- und Wasserdichtheitstests standhalten. Nachdem der Bildschirm aufgeleuchtet ist, dürfen an den Fugen keine deutlichen Brechungsunterbrechungen, Kleberspuren oder Farbänderungen auftreten.

Die Festigkeit, Transparenz und Haltbarkeit des Klebematerials müssen alle Anforderungen erfüllen. Eine Erhöhung der Verbindungsfestigkeit kann die Fugen jedoch sichtbarer machen. Um die Fugen zu verbergen, werden die Auswahl von Materialien und Verfahren wiederum eingeschränkt.

Apple hat diese Probleme bereits in einem Patent für ein sechssseitiges Glasgehäuse untersucht, in dem Verbindungsverfahren wie Glasklebstoff, Haftmittel und Laserschweißen diskutiert werden. Fugen, die durch verschiedene Glaskomponenten entstehen, können die Festigkeit, Transparenz und Anzeigewirkung beeinträchtigen. Ihre Sichtbarkeit muss durch Brechungsindexanpassung und Polieren verringert werden.

Natürlich beweisen Patente nicht, dass ein bestimmtes Produkt diese Verfahren unbedingt anwenden wird, aber sie zeigen die Probleme, die bei einem Vollglasgehäuse bewältigt werden müssen.

Der mittlere Metallrahmen gibt Apple mehr Möglichkeiten. Er kann Vorder- und Rückglas befestigen, eine Montagegrundlage für interne Teile bieten und einen Teil der Belastung tragen. Tasten, Lautsprecher, Antennen, Schnittstellen und der innere Mittelrahmen können ebenfalls an der Metallstruktur befestigt werden.

Das Metall übernimmt auch einen Teil der Wärmeabfuhr.

Apple verwendet bei dem iPhone 17 Pro eine Dampfkammer und verteilt die Wärme über das geschmiedete einteilige Aluminiumgehäuse auf eine größere Oberfläche, um die dauerhafte Leistung des Chips aufrechtzuerhalten. Apples Beschreibung seiner Wärmestruktur zeigt, dass das Metallgehäuse selbst Teil des Wärmemanagementsystems ist.

Wenn der äußere Strukturbereich größtenteils durch Glas mit schwächerer Wärmeleitfähigkeit ersetzt wird, muss die Wärmeabfuhr mehr auf dem internen Metallrahmen, Grafitmaterialien und Dampfkammern beruhen. Das Handy braucht nach wie vor Metall, es wird nur von den für Nutzer sichtbaren Stellen in den Innenraum verlegt.

Dieses Design wirkt sich auch auf die Reparatur aus: Apple hat ab dem iPhone 14 und iPhone 15 die interne Struktur neu gestaltet, sodass das Rückglas zu einem relativ unabhängigen Reparaturmodul wird. Wenn Vorder- und Rückglas enger mit den Seiten verbunden sind, kann ein lokaler Schritt den Austausch einer größeren Gehäusekomponente erfordern.

Apple war in der Vergangenheit oft bereit, für die vollständige Form Nachteile bei Nutzung und Reparatur in Kauf zu nehmen, aber die Nachteile bei Vollglas sind weitaus größer.

Die Krümmung des Deckglases, die Verformung des OLEDs, die Dicke des optischen Klebers, der Brechungsindex der Fuge, die Kalibrierung der Sensoren und die Dichtheit des gesamten Geräts müssen alle an demselben Gerät den Anforderungen entsprechen. Je später im Produktionsprozess Blasen, Falten oder optische Verzerrungen entdeckt werden, desto mehr Komponenten müssen verschrottet werden.

In der Handybranche gab es bereits mehrere Produkte, die versuchten, die Herausforderung eines „einzelnen Bildschirms“ zu meistern.

Das Xiaomi MIX Alpha erstreckte den Anzeigebereich von der Vorderseite über die Seiten bis zur Rückseite, und der Hersteller gab an, dass das Bildschirm-zu-Körper-Verhältnis 180,6 % erreicht. Aber es gelangte nie in den Massenvertrieb, und Lei Jun erklärte später, dass die Herausforderungen bei der Massenproduktion zu hoch seien.