DE19817478A1

DE19817478A1 - Flache Entladungslampe und Verfahren zu ihrer Herstellung

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Publication number: DE19817478A1
Application number: DE19817478A
Authority: DE
Inventors: Michael Seibold; Michael Ilmer; Angela Eberhardt
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 1998-04-20
Filing date: 1998-04-20
Publication date: 1999-11-04
Anticipated expiration: 2018-04-21
Also published as: DE19817478B4; EP1080483B1; DE59902763D1; TW434642B; KR100415703B1; CA2329086A1; JP2003522369A; WO1999054913A1; KR20010042876A; US6659828B1; EP1080483A1

Abstract

Flache Entladungslampe (1) mit zwei zueinander im wesentlichen parallelen Platten (5, 6) und mit Stützstellen, die beide Platten gegeneinander abstützen. Jede Stützstelle besteht aus einer bei Fügetemperatur hochviskosen (8) und einer niederviskosen Komponente (7). Vor dem Zusammenfügen des Entladungsgefäßes sind die Stützstellen größer als der vorgesehene Endabstand der beiden Platten. Die niederviskose Komponente (7) gleicht beim Zusammenfügen des Entladungsgefäßes mögliche lokale Abweichungen der Abstände zwischen beiden Platten aus.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung geht aus von einer flachen Entladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfah ren gemäß dem Oberbegriff des Verfahrensanspruchs zur Herstellung dieser Entladungslampe.

Der Begriff "Entladungslampe" umfaßt dabei Quellen elektromagnetischer Strahlung auf der Basis von Gasentladungen. Das Spektrum der Strahlung kann dabei sowohl den sichtbaren Bereich als auch den UV(Ultraviolett)/VUV(Vakuumultraviolett)-Bereich sowie den IR(Infrarot)- Bereich umfassen. Ferner kann auch eine Leuchtstoffschicht zur Konvertie rung unsichtbarer in sichtbare Strahlung vorgesehen sein.

Es handelt sich dabei insbesondere auch um flache Entladungslampen mit sogenannten dielektrisch behinderten Elektroden. Dabei sind die dielektrisch behinderten Elektroden typischerweise in Form dünner metallischer Streifen realisiert, die auf der Außen- und/oder Innenwandung des Entladungsgefäßes angeordnet sind. Falls alle Elektroden auf der Innenwandung angeordnet sind, muß zumindest ein Teil der Elektroden gegenüber dem Innern des Entladungs gefäßes mit einer dielektrischen Schicht vollständig abgedeckt sein. Entladungs lampen dieses Typs sind beispielsweise aus der EP 0 363 832 (Fig. 3) und der deutschen Patentanmeldung P 197 11 892.5 (Fig. 3a, 3b) bekannt.

Flache Entladungslampen - auch als Flachstrahler bezeichnet - weisen ein Entladungsgefäß auf, das aus einer Boden- und Deckenplatte, z. B. aus Glas, die über einen Rahmen miteinander verbunden sind, gebildet ist.

Auf einen Rahmen kann verzichtet werden, wenn das Boden- und/oder Deckenteil nicht plan sondern so geformt ist, daß beim Zusammenfügen nur des Boden- und Deckenteils bereits ein Entladungsgefäß gebildet wird. Bei spielsweise kann das Boden- und/oder Deckenteil wannenartig geformt sein, z. B. durch Tiefziehen. Bei sehr großflächigen Flachlampen ist auch in diesem Fall der überwiegende Anteil des geformten Boden- bzw. Decken teils zumindest näherungsweise plan und benötigt deshalb zur Stabilisie rung eine oder mehrere Stützstellen.

Im folgenden sollen deshalb unter den Begriffen Boden- und Deckenplatte auch Gebilde verstanden werden, die zwar gegebenenfalls nicht vollständig aber zumindest überwiegend (näherungsweise) plan sind.

Das Entladungsgefäß enthält eine Gasfüllung definierter Zusammensetzung und Fülldruck und muß deshalb vor dem Befüllen evakuiert werden. Folg lich muß das Entladungsgefäß sowohl Unterdruck - nämlich während der Herstellung der Lampe - als auch dem späteren Fülldruck, der weniger als Atmosphärendruck beträgt, beispielsweise zwischen 10 kPa und 20 kPa, dauerhaft standhalten. Diese Dauerfestigkeit ist nach Angabe von Glasher stellern mit einem Wert von etwa 8 MPa anzusetzen und ergibt sich, in Ab hängigkeit von der verwendeten Glasdicke, aus der max. Durchbiegung über eine Strecke zwischen zwei Auflagern. Letztere ist umgekehrt propor tional zur verwendeten Glasdicke und hängt zudem bei einer bestimmten Temperatur vom Druckunterschied zwischen dem Inneren des Entladungs gefäßes und Außen ab.

Folglich kann man die Dauerfestigkeit, bei gegebenem Druckunterschied und Temperatur, auch bei dünnen Gläsern durch eine Verkürzung der Strecke zwischen zwei Lagern erzielen. Hierzu verwendet man Stützstellen die über die Grundfläche des Entladungsgefäßes in ausreichender Position und Anzahl angeordnet werden. Der gegenseitige Nächstnachbar-Abstand der Stützstellen ist so bemessen, daß die angestrebte Streckenlänge an keiner Stelle überschritten wird.

Stand der Technik

Die Stützstellen bestehen üblicherweise aus einem Glasstababschnitt, Glas ring, Glasrohr oder einer Glaskugel, dessen Höhe bzw. deren Durchmesser der Rahmenhöhe entsprechen. Bisher wurden die Stützstellen durch ein ge eignetes Sinterglas mit der Boden- und/oder Deckenplatte verklebt. Die Klebung fixiert dabei lediglich die Stützstellen, ist aber zu dünn, um Hö hendifferenzen ausgleichen zu können.

Ferner sind auch eingearbeitete Glasstege bekannt. Eine Möglichkeit besteht darin ein Vollmaterial durch Sandstrahlen so zu bearbeiten, daß die Boden platte in entsprechender Dicke, sowie die Glasstege in gewünschter Form und Höhe entstehen. Auch in diesem Fall erfolgt der Verbund von Deckglas und Glassteg durch eine Klebung mittels eines Sinterglases.

Eine weitere Möglichkeit besteht in der Integration der Stege durch Wärme behandlung des Glases, wie z. B. Tiefziehen mittels Unterdruck oder Eigen gewicht oder Pressen. Hierbei wird die Boden- oder Deckenplatte über ihren Erweichungspunkt erhitzt und mittels einer Form nach Standardverfahren geformt.

Darstellung der Erfindung

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine flache Entladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit verbesserten Stützstellen be reitzustellen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den davon abhängigen Ansprü chen.

Eine weitere Aufgabe besteht darin ein verbessertes Verfahren zur Herstel lung von flachen Entladungslampen anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Verfahrensanspruchs gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den davon abhängi gen Ansprüchen.

Voraussetzung bei den eingangs gemachten Überlegungen zur Stabilisie rung des Entladungsgefäßes mittels Stützstellen ist, daß bei allen Stützstellen ein ausreichender, beidseitiger Kontakt zur Boden- und Deckenplatte ge währleistet ist. Falls nämlich eine Stützstelle keinen beidseitigen Kontakt hat, fällt sie als wirksames Auflager aus. Folglich verdoppelt sich die freie Strec ke im Bereich dieser unwirksamen Stützstelle, radial von dieser aus und in der Ebene der Platten betrachtet. Dadurch wird unter Umständen die ange strebte Streckenlänge überschritten und die Dauerfestigkeit unzulässig vermindert. Aus diesem Grund müssen Unebenheiten der Boden- und Dec kenplatte über die Grundfläche des Entladungsraumes sowie Höhentoleran zen des Rahmens mitberücksichtigt und ausgeglichen werden. Dies bereitet insbesondere bei steigender Anzahl der Stützstelle und größer werdender Fläche erhöhte Schwierigkeiten.

Die Erfindung schlägt Stützstellen vor, die jeweils aus zwei Komponenten bestehen. Diese beiden Komponenten zeichnen sich dadurch aus, daß sie beim Fügen des Gefäßes, also bei Fügetemperatur, deutlich unterschiedliche Viskositäten aufweisen. Hierbei arbeitet eine Komponente als sog. "harter Teil" und besitzt eine sehr hohe Viskosität, typisch mehr als 10⁹ dPa.s, bevor zugt 10¹¹ dPa.s und mehr bei Fügetemperatur. Geeignet ist beispielsweise ein Kalknatronsilikatglas. Die andere Komponente arbeitet als sog. "weicher Teil", mit einer niedrigen, auf die Fügetemperatur abgestimmte Viskosität im Bereich von typisch 10⁸ dPa.s bis ca. 10⁵ dPa.s oder weniger, d. h. bei der Fügetemperatur ist, eventuell unter geringer Krafteinwirkung, eine definier te und zerstörungsfreie Verformung gerade gegeben. Geeignet ist beispiels weise Sinterglas bzw. Bleiglas.

Für den "harten" Teil sind prinzipiell zunächst nahezu beliebige Formen denkbar, insbesondere auch Stababschnitte, Rohrabschnitte, Rohre, Kugeln, Ringe, Stäbe u.ä. . Für den "weichen" Teil eignen sich prinzipiell ebenfalls nahezu beliebige Formen, z. B. Ringe, Zylinderstücke, Plättchen oder Rin nen. Allerdings sind in jedem Fall die Formen beider Komponenten geeignet aufeinander abzustimmen. Die Viskositäten solcher Sinterglasteile werden durch abgestimmte Mischungsverhältnisse verschiedener Sintergläser, nach Standardverfahren, wie z. B. Pressen, Gießen, Extrudieren und anschließen dem Sintern hergestellt. Hierbei besteht die Möglichkeit, diese Sinterteile sofort in den gewünschten Abmessungen herzustellen oder durch eine der Versinterung vorangestellten mechanischen Bearbeitung anzufertigen. Au ßerdem können jeweils die beiden Komponenten auch von vornherein zu einer einstückigen Stützstelle verbunden sein.

Die Funktionsweise einer zweikomponentigen Stützstelle beim Herstellen einer flachen Entladungslampe besteht darin, daß deren Höhe vor dem Fü gen der Lampe bewußt die Höhe des Rahmens überschreitet, beispielsweise Bereich von einem Zehntel Millimeter bis zu wenigen Millimetern, insbe sondere zwischen ca. 0,5 mm und 2 mm. Dadurch liegt die Deckenplatte vor dem Fügevorgang nur auf den Stützstellen auf. Bei Erreichen der Fügetem peratur wird jeweils der "weiche" Teil der Stützstellen niederviskos genug, typisch in der Größenordnung von um sich unter dem Gewicht der Dec kenplatte zu verformen. Die Deckenplatte sinkt dabei auf den mit Lot, bei spielsweise Glaslot, bepasteten Rahmen und verschmilzt sich mit diesem. Auf diese Weise wird die Lampe abgedichtet.

Der große Vorteil dieser Vorgehensweise ist der folgende. Da die Decken platte bei diesem Vorgang stets auf allen Stützstellen aufliegt, nivelliert sich jede Stützstelle selbst auf die erforderliche Höhe, d. h. exakt so, daß jede Stützstelle beidseitigen Kontakt mit der Boden- bzw. Deckenplatte hat.

Zudem ermöglicht diese Eigenschaft der zweikomponentigen Stützstelle, die Lampe pumpstengellos in einem mit Füllgas unter Fülldruck gefüllten Va kuumofen herzustellen, da sich die Lampe bei Erreichen der Fügetemperatur selbständig schließt.

Beschreibung der Zeichnungen

Im folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1a einen Teilschnitt durch eine flache Entladungslampe vor dem her metischen Verschließen des Entladungsgefäßes,

Fig. 1b einen Teilschnitt durch eine fertige flache Entladungslampe,

Fig. 2 einen Teilschnitt durch eine weitere flache Entladungslampe zur Erläuterung der Höhenausgleichswirkung der zweikomponentigen Stützstellen.

Die Fig. 1a und 1b zeigen jeweils einen schematischen Teilschnitt durch eine flache Entladungslampe 1 vor dem hermetischen Verschließen des Ent ladungsgefäßes 2 bzw. im fertigen Zustand.

Zunächst werden üblicherweise die Elektroden auf der Boden- und/oder Deckenplatte aufgebracht, z. B. mittels drucktechnischen Verfahren, eventuell zusätzlich dielektrische Schichten, Leuchtstoffschichten usw., was der Über sichtlichkeit wegen aber nicht dargestellt ist. Im übrigen sind dem Fachmann die Verfahrensschritte zur Realisierung dieser Merkmale geläufig.

In einem nächsten Schritt wird ein umlaufender Rahmen 3 mittels Glaslot 4 auf der Bodenplatte 5 aufgebracht. Die Höhe des Rahmens 3 über der In nenwandung der Bodenplatte 5 beträgt ca. 5 mm. Ebenso wird auf der Dec kenplatte 6 eine umlaufende Glaslotbahn 4 aufgebracht. Rahmen, Boden- und Deckenplatte bestehen aus Kalknatronsilikatglas. Das Glaslot 4 dient beim späteren Zusammenfügen der einzelnen Teile zum Verschmelzen und Dichten von Bodenplatte 5 und Deckenplatte 6 mit dem Rahmen 3.

Danach werden Kreiszylinderstücke 7 aus Alkalibleiglas (40 Gew.-% PbO Gehalt) im gewünschten gegenseitigen Abstand auf der Bodenplatte 5 hoch kant angeordnet. Anschließend wird auf jedes Kreiszylinderstück 7 eine Glaskugel 8 aus Kalknatronsilikatglas aufgesetzt. Die Kreiszylinderstücke 7 haben folgende Abmessungen: Höhe = 1,8 mm, Außendurchmesser = 4 mm und Innendurchmesser = 2,8 mm. Der Durchmesser der Glaskugeln 8 be trägt ca. 5 mm. Dadurch ist vor dem Fügeprozess die jeweilige Gesamthöhe der zweiteiligen Stützstellen 7, 8 über der Bodenplatte 5 größer als die ent sprechende Höhe des Rahmens und zwar um ca. 1 mm.

Nun wird die Deckenplatte 6 auf die Kugeln 8 aufgesetzt und die gesamte An ordnung aus Bodenplatte 5, Rahmen 3 mit Glaslot 4, zweiteiligen Stützstellen 7, 8 und Deckenplatte 6 in einen evakuierbaren Ofen (nicht dargestellt) gebracht.

Danach wird der Ofen bei einer Temperatur von ca. 350°C etwa 30 Minuten evakuiert, um Verunreinigungen weitgehend zu entfernen. Da bei der Tempera tur von ca. 350°C die Kreiszylinderstücke 7 noch nicht ausreichend niedervis kos sind, werden die Deckenplatte 6 und der Rahmen 3 während dieses Verti gungsschrittes noch nicht zusammengefügt.

Nach Beendigung des Ausheizens und Evakuierens wird der Ofen und, da das Entladungsgefäß 2 noch offen ist, folglich auch der Innenraum zwischen Bo den 5- und Deckenplatte 6 mit Füllgas, hier Xenon, gefüllt.

Anschließend wird die Temperatur im Ofen auf ca. 520°C erhöht. Dabei werden die Kreiszylinderstücke 7 soweit niederviskos, in der Größenordnung von ca. 10⁶ dPa.s, daß die Deckenplatte 6 auf den Rahmen 3 absinkt. Das Glas lot 4 ist ebenfalls soweit niederviskos, in der Größenordnung von ca. 10⁵ dPa.s, daß er die Bodenplatte 5 und die Deckenplatte 6 mit dem Rahmen 3 zum gasdichten Entladungsgefäß 2 zusammenfügt. Während des Absinkens der Deckenplatte 6 nivellieren sich die einzelnen Stützstellen 7, 8 auf die ex akt erforderliche Höhe derart, daß jede Stützstelle 7, 8 beidseitig Kontakt mit der Boden 5- bzw. Deckenplatte 6 hat. Die Viskosität von Boden- und Decken platte, Rahmen und Glaskugeln beträgt bei der Fügetemperatur von 520°C mehr als 10⁹dPa.s.

Die vorteilhafte Wirkung des automatischen Nivellierens der zweikomponenti gen Stützstellen 7, 8 wird besonders in Fig. 2 augenfällig, welche einen sche matischen Teilschnitt durch eine flache Lampe 1' mit einer bezüglich der Bo denplatte 5 schiefen Deckenplatte 6 zeigt. Diese Schieflage ist dadurch verur sacht, daß der linke Teil 3a des Rahmens höher ist als der rechte Teil 3b. Zur Verdeutlichung ist diese unerwünschte Schieflage stark überzeichnet. Ähnliche Schieflagen können auch durch lokal schwankende Dicken der Platten und/oder unzureichende Planität der Platten o. ä. verursacht sein. In Fig. 2 ist deutlich zu erkennen, daß die Höhen der Kreiszylinderstücke 71-73 von rechts nach links zunehmen und auf diese Weise die unterschiedlichen Abstände zwi schen Bodenplatte 5 und Deckenplatte 6 ausgleichen.

In einer Variante (nicht dargestellt) besteht jeweils die erste Komponente aus einem Rohr aus Kalknatronsilikatglas und die zweite Komponente aus einer Rinne aus Bleiglas. Jeweils ein Rohr ist in einer Rinne teilweise eingebettet und bildet so eine Stützstelle, die sich längs einer Seite der Bodenplatte parallel zu einer Rahmenseite erstreckt. Diese Variante hat den Vorteil, daß diese Stützstel len aus Rohr und Rinne die Platten quasi linienartig statt wie oben punktförmig abstützen. Das kann insbesondere für sehr großflächige Lampen vorteilhaft sein, da dann statt sehr vieler Kugel mit Ringen nur relativ wenige Rohre mit Rinnen erforderlich sind.

Optional können je nach Anforderung an die Lampe noch weitere Verfahren schritte zwischengeschaltet werden, beispielsweise zum Aufbringen einer Leucht- und oder Reflexionsschicht u. a.

Außerdem kann die Lampe auch mit einem Pumprohr für das Evakuieren bzw. Befüllen des fertig zusammengefügten Entladungsgefäßes versehen sein. In die sem Fall kann auf einen evakuierbaren und befüllbaren Ofen verzichtet werden. Das Fertigungsverfahren wird dann derart modifiziert, daß zunächst das Entla dungsgefäß im Ofen wie oben beschrieben zusammengefügt und mit einem Pumprohr versehen wird. Anschließend wird das Entladungsgefäß über das Pumprohr evakuiert und gleichzeitig im Ofen ausgeheizt. Danach wird das Entladungsgefäß über das Pumprohr mit dem Füllgas befüllt und schließlich verschlossen. Damit ist die Lampe fertig.

Claims

1. Flache Entladungslampe, geeignet für den Betrieb mittels dielektrisch behinderter Entladung, mit

- einem mittels Dichtung hermetisch verschlossenen Entladungsgefäß,
- - welche Dichtung bei einer Fügetemperatur zum Fügen der Be standteile des Entladungsgefäßes niederviskos ist,
- - welches Entladungsgefäß in seinem Innern eine Gasfüllung enthält und
- - welches Entladungsgefäß eine Deckenplatte und eine Bodenplatte aufweist,
- Stützstellen zwischen Deckenplatte und Bodenplatte, welche Stützstel len jeweils aus zwei Komponenten mit unterschiedlichen Viskositäten bestehen,
- - wobei die Viskosität der ersten Komponente bei der Fügetemperatur geringer ist als die Viskosität der zweiten Komponente
- Elektroden, die auf der Entladungsgefäßwand angeordnet sind.

2. Entladungslampe nach Anspruch 1, wobei die zweiten Komponenten untereinander jeweils im wesentlichen die gleiche Abmessung senk recht zur Ebene der Decken- bzw. Bodenplatte aufweisen und wobei die zweiten Komponenten gezielt als Ausgleichselemente für lokal unter schiedliche Abstände zwischen Decken- bzw. Bodenplatte fungieren.

3. Entladungslampe nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zweiten Kompo nenten aus Kugeln bestehen.

4. Entladungslampe nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die ersten Kompo nenten aus Ringen oder Kreiszylinderstücken bestehen.

5. Entladungslampe nach Anspruch 3 und 4, wobei auf jedem Ring bzw. Kreiszylinderstück eine Kugel aufgesetzt ist.

6. Entladungslampe nach Anspruch 5, wobei die Innendurchmesser der Ringe bzw. Kreiszylinderstücke kleiner sind als die Durchmesser der Kugeln derart, daß die Kugel in den Ringen bzw. Kreiszylinderstücken fixiert sind.

7. Entladungslampe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die zweiten Komponenten aus Glas bestehen.

8. Entladungslampe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die ersten Komponenten aus Sinterglas, insbesondere aus Pb-B-Si-O und/oder Bi-B-Si-O und/oder Pb-Bi-(Zn)-B-Si-O bestehen, wobei der Zn-Bestandteil optional ist.

9. Entladungslampe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Viskosität der ersten Komponente bei Fügetemperatur im Bereich von typisch 10⁸ dPa.s bis ca. 10⁵ dPa.s oder weniger beträgt.

10. Entladungslampe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Viskosität der ersten Komponente bei Fügetemperatur im Bereich von typisch 10⁹ dPa.s bis ca. 10¹¹ dPa.s oder mehr beträgt.

11. Verfahren zur Herstellung einer flachen Entladungslampe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Verfahren folgende Schritte enthält:

- Anbringen eines Mittels zum hermetischen Dichten auf der Boden- und/oder Deckenplatte,
- Anordnen der zweikomponentigen Stützstellen auf der Bodenplatte, wobei die Abmessungen der Stützstellen senkrecht zur Ebene der Decken- bzw. Bodenplatte zunächst größer ist als der vorgesehene end gültige Abstand zwischen Boden- und Deckenplatte,
- Aufsetzen der Deckenplatte auf die Bodenplatte mit den Stützstellen,
- Einbringen von Bodenplatte mit Stützstellen, Mittel zum Dichten und Deckenplatte in einen evakuierbaren Ofen,
- Evakuieren und Heizen des Ofens, insbesondere zum Entfernen von gasförmigen Verunreinigungen, wobei die Temperatur innerhalb des Ofens nur so hoch ist, daß die ersten Komponenten der Stützstellen noch ausreichend hochviskos sind, um ein Absinken der Deckenplatte sicher zu verhindern,
- Füllen des des Ofens mit dem Füllgas auf den vorgesehenen Fülldruck der Lampe,
- Heizen des Ofens auf die Fügetemperatur, bei der die zweiten Kompo nenten der Stützstellen ausreichend niederviskos werden, wodurch sich die Deckenplatte schließlich auf den vorgesehenen endgültigen Ab stand zwischen Decken- und Bodenplatte absenkt und wobei zugleich das Mittel zum Dichten zumindest teilweise ausreichend niederviskos wird derart, daß es die Decken- und Bodenplatte miteinander verbin det.

12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Mittel zum Dichten einen Rah men umfaßt, der auf seiner Unter- und/oder Oberseite mit einem Glaslot versehen ist, welches Glaslot bei der Fügetemperatur ausreichend nieder viskos wird, um eine Verbindung und nach dem Abkühlen eine hermeti sche Dichtung zwischen Bodenplatte und Rahmen einerseits sowie zwi schen Rahmen und Deckenplatte andererseits zu gewährleisten.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei beim Anordnen der zwei komponentigen Stützstellen zunächst die Ringe oder Kreiszylinder stücke auf der Bodenplatte angeordnet und anschließend jeweils eine Kugel auf jeden Ring bzw. auf jedes Kreiszylinderstück aufgesetzt wird.