TWI571595B - 全周光ｌｅｄ燈管 - Google Patents
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Description
。本發明係關於一種LED燈管；特別關於一種全周光LED燈管。燈管內管壁與LED光源之間填充可透光陶瓷顆粒體材料，降低熱阻、避免藍光外漏。
通稱LED燈絲的全周光LED燈條，其所製成的LED燈絲燈逐漸受到市場注目，但過去幾年始終未能打開市場，主要是因為LED燈絲燈的散熱問題仍有待克服，使得價格與效能，離市場期待仍有一段差距。首先為了解決散熱問題，目前市面上的LED燈絲燈商品，多以玻璃燈泡充氦氣封口解熱。跟一般空氣的導熱係數相比，充氦氣可以提高6倍多的導熱能力。但LED燈絲燈即便如此忍受著火焰加工的高溫，異常低良率的製作工藝，其實氦氣的導熱係數也僅只是0.159W/m.K而已，所以目前市面上的LED燈絲燈商品都以減半LED的驅動電流，以因應玻璃燈泡充氦氣的散熱能力不足。
一般透明的樹脂膠水硬化後的導熱係數約在0.3W/m.K左右，雖然可以對全周光LED燈條直接灌注填充透明樹脂膠水，擴大發光二極體燈條工作時的發熱表面積，但透明樹脂膠水的黃化變色，影響商品的使用壽命。並且樹脂膠水化學不兼容性的不良影響最為明顯的是藍光、深藍光及
其衍生的白光LED，設計者應該充分考慮最大限度地減少化學物質之間的影響，尤其是對LED直接灌注填充的樹脂膠水。即使在萬不得已的情況下必須使用，選擇相容性好、耐候性高的樹脂膠水外，還要考慮其高貴的材料費用所帶來的製造成本壓力。
為加強全周光LED燈條其自身的散熱能力，其所搭配的透明基板由玻璃改為價高、導熱好，通稱藍寶石的單晶氧化鋁基板，而且為了突顯藍寶石基板導熱好的優勢，原本塗布透明基板全周的螢光粉層，也改為塗布藍寶石基板上下兩邊，藍寶石基板左右兩側裸露於外面以增加散熱能力，但是對藍光LED加螢光粉層的白光照明而言，衍生基板左右兩側藍光外漏的問題。此外藍寶石的機械強度雖然要比玻璃好上許多，但材料價格貴，所以刻意的減小藍寶石基板厚度，因此藍寶石基板的全周光LED燈條特別脆弱易斷，此外為了抵抗環境因素水氣、硫化物等的氧化鏽蝕，搭配藍寶石基板的全周光LED燈條，需要裝配在一燈管裡以符合實際上的應用。因此如何使燈管管壁與LED光源之間，降低熱阻及避免藍光外漏是須要克服解決的問題。
常見可透光介質的導熱係數；熱空氣約0.0316W/m.K、氦氣約0.18W/m.K、塑膠約0.25W/m.K、環氧樹脂約0.3W/m.K、矽膠約0.5W/m.K等。另外常見陶瓷介質的導熱係數；一般玻璃約1.1W/m.K、石英玻璃約1.5W/m.K、單晶氧化鋁46W/m.K、多晶氧化鋁28W/m.K、氧化鋯1.8W/m.K、碳化矽126W/m.K、氮化矽27W/m.K、碳化硼40W/m.K、氮化硼30W/m.K、氮化鋁160W/m.K等。
陶瓷泛指金屬或非金屬的氧化物、碳化物或氮化物，例如氧
化鉀、氧化鈉、氧化矽等。玻璃是氧化鉀、氧化鈉、氧化矽等的混合物，所以也是屬於陶瓷材料的一種。陶瓷材料耐高溫、高導熱，對LED沒有化學不兼容性的不良影響，尤其是可透光陶瓷材料，有利於LED透光導熱的應用。
乾燥鬆散的顆粒體材料，顆粒體間摩擦力小、流動性佳，適當的振動下，緊密填充於燈管內管壁與發光二極體光源之間的間隙，過程中乾燥鬆散的顆粒體材料，如同沙漏中的流沙般掩埋發光二極體光源，這對實施例中脆弱的全周光LED燈條而言非常重要，首先顆粒體流動填充過程不會對全周光LED燈條造成機械性的表面磨擦或壓迫損壞，第二是全周光LED燈條工作時的熱脹冷縮不會受到顆粒體材料包覆限制而發生內應力疲勞損壞。
填充於燈管內管壁與LED光源之間的可透光陶瓷顆粒體材料，其孔隙率的大小和導熱能力成反比，孔隙率的大小和可透光陶瓷顆粒的大小成正比，可透光陶瓷顆粒的大小和透光率成正比，因此雖然顆粒小、孔隙率小、導熱能力大，但透光率小。所以顆粒的大小，選用其等效體積顆粒的計算直徑大於0.05毫米，因為0.05毫米以下的顆粒透光性較差。又孔隙率大導熱能力差，因此填充於燈管內管壁與發光二極體光源之間的可透光陶瓷顆粒體材料，其孔隙率要求小於50%。
既然孔隙率的大小和導熱能力成反比，孔隙率的大小和可透光陶瓷顆粒的大小成正比，又可透光陶瓷顆粒的大小和透光率成正比。因此在一較佳的實施例中揭露一滿足既透光又導熱的顆粒大小配置。在一實施例中大小不同的玻璃珠而言；大小個別振動填充的孔隙率分別為；0.05mm珠徑/0.3孔隙率、
0.1mm珠徑/0.33孔隙率、0.6mm珠徑/0.38孔隙率、2.0mm珠徑/0.4孔隙率。大小混合振動填充的孔隙率分別為；重量比22.7%的0.05mm珠徑+77.3%的0.6mm珠徑/0.21孔隙率重量比17.8%的0.1mm珠徑+82.2%的0.6mm珠徑/0.24孔隙率。重量比11.6%的0.6mm珠徑+88.4%的2.0mm珠徑/0.32孔隙率。由上可以看出，大小混合填充比單獨大或小填充的孔隙率來得小，而且又保有大部份大顆顆粒的透光率。
顆粒體的外觀形狀影響其顆粒間的摩擦力，摩擦力小流動性高。顆粒間的摩擦力大小與其安息角成正比，顆粒體外觀形狀的安息角，分別是球形顆粒23~28°、規則顆粒30°、不規則顆粒35°、極不規則顆粒40°。由上可知在一實施例中，相同等效體積顆粒的計算直徑下，選擇球形顆粒具有較小的孔隙率。可透光陶瓷顆粒體材料包覆接觸發光二極體燈條的不規則表面，顆粒體材料其顆粒與鄰近顆粒接觸、孔隙率小可降低熱阻、增加熱的傳導。
此外實施例中，搭配藍寶石基板，螢光粉層塗於布基板上下兩邊，基板左右兩側裸露的全周光LED燈條，可透光陶瓷顆粒體材料對入射光的折射、漫射作用，可增加出光的顯色指數及降低色溫，同時柔和光線、避免藍光外漏。
顆粒體間粘滯力影響其摩擦力，顆粒體間如果潮濕存在液體黏膜，顆粒體間的摩擦力增加、填充流動性降低，流動性降低就必須模壓或
高壓注射填充，這對脆弱的全周光LED燈條而言，會造成機械性的表面磨擦及壓迫損壞。而且這也影響可透光陶瓷顆粒填充於燈管內管壁與LED光源之間的孔隙率，顆粒與鄰近顆粒間因液體黏膜的存在而非直接接觸，使得孔隙率變大、熱阻增加。因此可透光陶瓷顆粒填充於燈管內管壁與LED光源之間前，先適當的油膜清洗、乾燥是有必要的。
雖然添加折射率與可透光陶瓷顆粒折射率相近的液、膠體於顆粒體間，可增加顆粒體間的透光率，但較佳的方式仍是先在燈管內管壁與發光二極體光源之間，填充孔隙率小於50%、顆粒與鄰近顆粒接觸的可透光陶瓷顆粒體材料後，再滴注該折射率相近的液、膠體。當然該液、膠體化學不兼容性的不良影響及黃化變色，影響商品的使用壽命等，變成是增加的困擾。
一種全周光LED燈管，該燈管有兩端開口，或燈管有一端開口。燈管內有LED光源。燈管包含透明或顏色燈管。燈管包含塑膠、玻璃、陶瓷燈管。
LED光源有至少二的電性連絡線，分別由燈管的兩端開口，或一起由燈管的一端開口，接引出燈管。
燈管的兩端開口，或該燈管的一端開口，有一塞子閉合開口。
LED光源；實施例中有至少一的全周光LED燈條。全周光LED燈條有複數LED晶片，複數LED晶片包含藍光及其它色光的LED晶片。
燈管內管壁與發光二極體光源之間，填充可透光陶瓷顆粒體材料。可透光陶瓷顆粒體材料其顆粒與鄰近顆粒接觸，孔隙率小於50%。可透光陶瓷顆粒體材料包括主要陶瓷顆粒、填缝陶瓷顆粒及零碎陶瓷顆粒。可
透光陶瓷顆粒體材料其等效體積顆粒的計算直徑分別為主要陶瓷顆粒大於0.1mm，填缝陶瓷顆粒大於0.05mm、小於0.1mm，可透光零碎陶瓷顆粒小於0.05mm。可透光陶瓷顆粒體材料其體積佔有比率為主要陶瓷顆粒大於60%，填缝陶瓷顆粒少於40%，零碎陶瓷顆粒少於20%。相異大小的主要陶瓷顆粒、填缝陶瓷顆粒及零碎陶瓷顆粒填充過程中，可分開同時連續按比率投料，並於填入燈管之際，設有葉片旋轉攪拌混合。可透光陶瓷顆粒充填過程中及、或定量充填後振動該燈管，振動的方式包括線性振動及扭轉振動。可透光陶瓷顆粒體材料其顆粒與鄰近顆粒接觸，包括主要陶瓷顆粒、填缝陶瓷顆粒及零碎陶瓷顆粒，相同或相異大小顆粒與鄰近顆粒接觸。可透光陶瓷顆粒體材料包含透明、顏色顆粒。可透光陶瓷顆粒體材料其顆粒的外觀形狀，包含規則、不規則的可透光陶瓷顆粒。可透光陶瓷顆粒體材料在一實施例中為單晶氧化鋁、多晶氧化鋁陶瓷顆粒。可透光陶瓷顆粒體材料在一實施例中為玻璃顆粒。玻璃顆粒包含石英、鈉、鈣、鉀、鉛、硼玻璃顆粒。
10‧‧‧LED晶片
11‧‧‧打線
12‧‧‧藍寶石基板
14‧‧‧螢光粉層
16‧‧‧藍光外漏
18‧‧‧LED光源
20‧‧‧全周光LED燈條、有螢光粉層
22‧‧‧一端開口的燈管
23‧‧‧內管壁
24‧‧‧電性連絡線
26‧‧‧塞子
28‧‧‧主要陶瓷顆粒
30‧‧‧顆粒與鄰近顆粒接觸
31‧‧‧兩端開口的燈管
32‧‧‧填缝陶瓷顆粒
33‧‧‧零碎陶瓷顆粒
34‧‧‧全周光LED燈條、無螢光粉層
36‧‧‧半圓弧罩
38‧‧‧實心半圓棒
40‧‧‧內壁
42‧‧‧固晶面
44‧‧‧外弧壁
46‧‧‧外圓壁
48‧‧‧加寬基板的全周光LED燈條、固晶面無螢光粉層
50‧‧‧陶瓷基板
52‧‧‧基板外表面
54‧‧‧固晶面
56‧‧‧半圓溝罩
58‧‧‧外表面
60‧‧‧內溝壁
62‧‧‧入射光
64‧‧‧漫折射光
66‧‧‧漫反射光
第1圖係根據本發明第1及第2實施例的LED光源；全周光LED燈條、有螢光粉層。
第2圖係根據本發明第1實施例視圖。
第3圖係根據本發明第1實施例放大剖視圖。
第4圖係根據本發明第2實施例視圖。
第5圖係根據本發明第2實施例放大剖視圖。
第6圖係根據本發明第3及第4實施例的LED光源；全周光LED燈條、無螢光粉層。
第7圖係根據本發明第3實施例視圖。
第8圖係根據本發明第3實施例放大剖視圖。
第9圖係根據本發明第4實施例視圖。
第10圖係根據本發明第4實施例放大剖視圖。
第11圖係根據本發明第5實施例的LED光源；加寬基板的全周光LED燈條、固晶面無螢光粉層。
第12圖係根據本發明第5實施例視圖。
第13圖係根據本發明第5實施例放大剖視圖。
第14圖係可透光陶瓷顆粒體材料對光的漫折射作用示意圖
第1圖係根據本發明第1及第2實施例的LED光源；全周光LED燈條、有螢光粉層。全周光LED燈條、有螢光粉層20；複數LED晶片10在藍寶石基板12上下之一邊上固晶、打線11，複數LED晶片10包含藍光及其它色光的LED晶片。螢光粉層14塗布藍寶石基板12上下兩邊，藍寶石基板12左右兩側裸露於外界以增加散熱能力，對藍光LED加螢光粉層的白光照明而言，衍生基板左右兩側藍光外漏16的問題。
第2圖係根據本發明第1實施例視圖。一端開口的燈管22有一塞子26閉合該開口，一端開口的燈管22內有LED光源18，LED光源18有至少二的電性連絡線，一起由燈管的一端開口，接引出燈管。一端開口的燈管22
包含塑膠、玻璃、陶瓷材料燈管，一端開口的燈管22包含透明或顏色燈管。第1實施例中LED光源18，由2條串聯的全周光LED燈條、有螢光粉層20組成。燈管內管壁23與LED光源18之間，填充可透光陶瓷顆粒體材料。可透光陶瓷顆粒體材料其顆粒與鄰近顆粒接觸30、孔隙率小於50%。可透光陶瓷顆粒體材料包括主要陶瓷顆粒28、填缝陶瓷顆粒32及零碎陶瓷顆粒33。主要陶瓷顆粒28作為可降低熱阻，增加熱的傳導，且其對光的漫折射作用能柔和光線、避免藍光外漏，具有正面效果的主要陶瓷顆粒。填縫陶瓷顆粒32作為輔助減小孔隙率，以幫助降低熱阻，增加熱的傳導，但添加填縫陶瓷顆粒32會減少填充於燈管的內管壁23與LED光源18之間的可透光陶瓷顆粒體材料的透光率。零碎陶瓷顆粒33為附著於主要陶瓷顆粒28、填縫陶瓷顆粒32等顆粒表面上的粉塵顆粒，另外有一部份的零碎陶瓷顆粒33為填充於燈管的內管壁23與LED光源18之間的主要陶瓷顆粒28、填縫陶瓷顆粒32等，經長時間點燈工作的熱脹冷縮或運送振動衝擊等，造成主要陶瓷顆粒28、填縫陶瓷顆粒32等崩裂或風化成為零碎陶瓷顆粒，零碎陶瓷顆粒33愈少愈好，因為細小的零碎陶瓷顆粒33不利於透光。可透光陶瓷顆粒體材料其等效體積顆粒的計算直徑，分別為主要陶瓷顆粒28大於0.1mm，填缝陶瓷顆粒32大於0.05mm、小於0.1mm，零碎陶瓷顆粒33小於0.05mm。可透光陶瓷顆粒體材料其體積佔有比率；主要陶瓷顆粒28大於60%，填缝陶瓷顆粒32少於40%，零碎陶瓷顆粒33少於20%。相異大小的主要陶瓷顆粒28、填缝陶瓷顆粒32及零碎陶瓷顆粒33填充過程中，可分開同時連續按比率投料，並於填入一端開口的燈管22內之際，設有葉片旋轉攪拌混合。可透光陶瓷顆粒體材料充填過程中及、或定量充填後，振動該一端開口的燈管22，振動的方式包括線性振動及扭轉振動。
可透光陶瓷顆粒體材料其顆粒與鄰近顆粒接觸30，係包括主要陶瓷顆粒28、填缝陶瓷顆粒32及零碎陶瓷顆粒33，相同或相異大小顆粒與鄰近顆粒接觸。可透光陶瓷顆粒體材料的顆粒與鄰近顆粒接觸30意義為：鬆散可透光陶瓷顆粒體材料落下堆積於燈管的內管壁23與LED光源18之間，顆粒與顆粒間座標位置隨機分佈排列，振動緊密堆積下形成一靜止顆粒支撐結構，該顆粒支撐結構中顆粒與鄰近顆粒支撐關係的接觸。可透光陶瓷顆粒體材料包括透明、顏色顆粒。可透光陶瓷顆粒體材料其顆粒的外觀形狀，包括規則、不規則的可透光陶瓷顆粒。規則的可透光陶瓷顆粒為球型、珠型、對稱立方體型等可透光陶瓷顆粒，不規則的可透光陶瓷顆粒為片型、板塊型、不對稱立方體型等可透光陶瓷顆粒。可透光陶瓷顆粒體材料在一實施例中包括單晶氧化鋁、多晶氧化鋁陶瓷顆粒。可透光陶瓷顆粒體材料在一實施例中包括玻璃顆粒。玻璃顆粒包括石英、鈉、鈣、鉀、鉛、硼玻璃顆粒。第3圖係根據本發明第1實施例放大剖視圖。
第4圖係根據本發明第2實施例視圖。第2實施例與第1實施例的差異為燈管樣式的不同。第2實施例兩端開口的燈管31，兩端有塞子26閉合開口，兩端開口的燈管31內有發光二極體光源18。發光二極體光源18有二電性連絡線24，分別由兩端開口的燈管31的兩端開口，接引出該兩端開口的燈管31。第5圖係根據本發明第2實施例放大剖視圖。
第6圖係根據本發明第3及第4實施例的LED光源；全周光LED
燈條、無螢光粉層。全周光LED燈條、無螢光粉層34；複數個LED晶片10在藍寶石基板12上下之一邊上固晶、打線11，複數個LED晶片10包含藍光及其它色光的LED晶片。藍寶石基板12無覆蓋螢光粉層，上下、左右裸露於外界以增加散熱能力，對藍光LED的白光照明而言，在燈管內或外管壁上製作遠程螢光粉層。
第7圖係根據本發明第3實施例視圖。第3實施例與第1實施例的差異為發光二極體光源18，由2條串聯的全周光LED燈條、無螢光粉層34組成。由於藍寶石基板12無覆蓋螢光粉層，上下、左右裸露於外，與可透光陶瓷顆粒體材料接觸、增加散熱能力。本實施例對於藍光發光二極體的白光照明而言，在內管壁23製作遠程螢光粉層。第8圖係根據本發明第3實施例放大剖視圖。
第9圖係根據本發明第4實施例視圖。第4實施例與第3實施例的差異為燈管樣式的不同。本實施例、一端開口的燈管，係由半圓弧罩36、實心半圓棒38構成。全周光LED燈條、無光粉層34，其藍寶石基板12貼在實心半圓棒38的固晶面42上，半圓弧罩36、實心半圓棒38由包括玻璃及單晶、多晶氧化鋁陶瓷製成、利於導熱。本實施例中，燈管內管壁與發光二極體光源之間，填充可透光陶瓷顆粒體材料；其燈管內管壁，係由半圓弧罩36的內壁40及實心半圓棒38的固晶面42構成。本實施例對於藍光LED的白光照明而言，在半圓弧罩36的外弧壁44，及實心半圓棒38的外圓壁46上，製作遠程螢光粉層。第10圖係根據本發明第4實施例放大剖視圖。
第11圖係根據本發明第5實施例的LED光源；加寬基板的全周光LED燈條、固晶面無螢光粉層。加寬基板的全周光LED燈條、固晶面無螢
光粉層48；複數LED晶片10在陶瓷基板50的固晶面54上固晶、打線11，固晶面54上無螢光粉層。複數LED晶片10包含藍光及其它色光的LED晶片，陶瓷基板50由包括玻璃及單晶、多晶氧化鋁陶瓷製成、利於導熱。
第12圖係根據本發明第5實施例視圖。第5實施例與第1實施例的差異為LED光源及燈管樣式不同。本實施例LED光源為加寬基板的全周光LED燈條、固晶面無螢光粉層48。一端開口的燈管，係由加寬基板的全周光LED燈條、固晶面無螢光粉層48，及半圓溝罩56組成。燈管內管壁與發光二極體光源之間，填充可透光陶瓷顆粒體材料；其燈管內管壁，係由加寬基板的全周光LED燈條、固晶面無螢光粉層48，其陶瓷基板50的固晶面54及半圓溝罩56的內溝壁60構成。陶瓷基板50及半圓溝罩56，由包括玻璃及單晶、多晶氧化鋁陶瓷製成、利於導熱。對藍光LED的白光照明而言，在半圓溝罩56的外表面58，及陶瓷基板50的基板外表面52上製作遠程螢光粉層。第13圖係根據本發明第5實施例放大剖視圖。
第14圖係可透光陶瓷顆粒體材料對光的漫折射作用示意圖。入射光62進入可透光陶瓷顆粒體材料，部份穿透成漫折射光64，部份內反射成漫反射光66。在第1及第2實施例中全周光LED燈條、有螢光粉層20；螢光粉層14塗布藍寶石基板12上下兩邊，藍寶石基板12左右兩側裸露於外界以增加散熱能力，基板左右兩側藍光外漏16。該藍光外漏16一如入射光62，進入可透光陶瓷顆粒體材料，部份穿透成漫折射光64改變出光角度，與白光混合避免藍光外漏，部份內反射成漫反射光66進入螢光粉層14混光，可增加出光的顯色指數及降低色溫。在第3、第4及第5實施例中，可透光陶瓷顆粒體材料對光的漫折射作用，可以柔和光線、減小炫耀刺眼。
18‧‧‧LED光源
20‧‧‧全周光LED燈條，有螢光粉層
22‧‧‧一端開口的燈管
23‧‧‧內管壁
24‧‧‧電性連絡線
26‧‧‧塞子
28‧‧‧主要陶瓷顆粒
30‧‧‧顆粒與鄰近顆粒接觸
32‧‧‧填缝陶瓷顆粒
33‧‧‧零碎陶瓷顆粒
Claims (10)
- 一種全周光LED燈管，該燈管有兩端開口，或該燈管有一端開口，該燈管內有LED光源，該LED光源有至少二的電性連絡線，分別由該燈管的兩端開口，或一起由該燈管的一端開口，接引出該燈管，燈管的兩端開口，或該燈管的一端開口，有一塞子閉合開口，該燈管內管壁與LED光源之間填充鬆散可透光陶瓷顆粒體材料，可透光陶瓷顆粒體材料其顆粒與鄰近顆粒接觸、孔隙率小於50%，可透光陶瓷顆粒體材料包括主要陶瓷顆粒、填缝陶瓷顆粒及零碎陶瓷顆粒，可透光陶瓷顆粒體材料其等效體積顆粒的計算直徑分別為主要陶瓷顆粒大於0.1mm，填缝陶瓷顆粒大於0.05mm、小於0.1mm，零碎陶瓷顆粒小於0.05mm，可透光陶瓷顆粒體材料其體積佔有比率為主要陶瓷顆粒大於60%，填缝陶瓷顆粒少於40%，零碎陶瓷顆粒少於20%。
- 如申請專利範圍第1項所述之全周光LED燈管，該LED光源至少有一全周光LED燈條，該全周光LED燈條有複數LED晶片，該複數LED晶片包括藍光及其它顏色光的LED晶片。
- 如申請專利範圍第1項所述之全周光LED燈管，該燈管包括透明或顏色燈管。
- 如申請專利範圍第1項所述之全周光LED燈管，該燈管材料為塑膠材料或玻璃材料或陶瓷材料。
- 如申請專利範圍第4項所述之全周光LED燈管，該燈管玻璃材料為石英玻璃或鈉玻璃或鈣玻璃或鉀玻璃或鉛玻璃或硼玻璃。
- 如申請專利範圍第4項所述之全周光LED燈管，該燈管陶瓷材料為單晶氧化鋁或多晶氧化鋁。
- 如申請專利範圍第1項所述之全周光LED燈管，該可透光陶瓷顆粒體材料包括透明或顏色顆粒。
- 如申請專利範圍第1項所述之全周光LED燈管，該可透光陶瓷顆粒體材料其顆粒的外觀形狀，包括規則或不規則顆粒。
- 如申請專利範圍第1項所述之全周光LED燈管，該可透光陶瓷顆粒體材料為單晶氧化鋁或多晶氧化鋁顆粒。
- 如申請專利範圍第1項所述之全周光LED燈管，該可透光陶瓷顆粒材料為玻璃顆粒，所述玻璃顆粒為石英玻璃顆粒或鈉玻璃顆粒或鈣玻璃顆粒或鉀玻璃顆粒或鉛玻璃顆粒或硼玻璃顆粒或以上多種材料混合的玻璃顆粒。
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| Date | Code | Title | Description |
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| MM4A | Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees |