JP2006001393A - Ledヘッドライト - Google Patents
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Abstract
【課題】対向車に混乱をきたすことなく、運転者の安全性も向上させた車両用ヘッドライトを提供すること。
【解決手段】本発明のLEDヘッドライトは、ハンドルが切られた場合においても、正面LED群が正面LED群自身の全光時の1/3以上の輝度を保つという構成により、対向車に混乱をきたすことなく、運転者の安全性も向上させた車両用ヘッドライトを得ることができる。
【選択図】図1
【解決手段】本発明のLEDヘッドライトは、ハンドルが切られた場合においても、正面LED群が正面LED群自身の全光時の1/3以上の輝度を保つという構成により、対向車に混乱をきたすことなく、運転者の安全性も向上させた車両用ヘッドライトを得ることができる。
【選択図】図1
Description
本発明は安全性を増した車両用のヘッドライトに関する。
従来のヘッドライトとしては、配光の異なる複数のLEDで構成されたヘッドライトにおいて、ハンドル操作に応じてLEDを点滅させるものがあった(例えば、特許文献1)。
図9は、特許文献1に記載された従来のヘッドライトを示すものである。図9において、ハンドル8の操作に応じて、配光の異なるワーキングランプを点滅させ、照射配光束の方向を可変させるものである。図9によると、LEDは、配光ごとにまとまって配置されているものである。
このときの配光の状態を図10に示す。
登録実用新案第3080310号公報(請求項1、図2を参照)
しかしながら、図9の構成では、配光は図10にように変化し、例えば右にハンドルを操作したとき、進行方向である右方向に配光されたLEDが点灯し、車両の正面方向、および左方向に配光されたLEDは消灯している。このとき、LEDは、図9に示すように、配光ごとにまとまって配置されているので、LEDの点灯位置が変化することになる。
このため、例えば、停止している車のハンドルを操作した場合、ヘッドライトの点灯位置が変化するため、対向車から見た場合車の位置が急に移動したように感じる可能性があり対向車に対して混乱をきたす可能性があった。
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされ、その目的とするところは、対向車に混乱をきたすことなく、運転者の安全性も向上させた車両用ヘッドライトを提供することにある。
上記従来の課題を解決するため、本発明のLEDヘッドライトは、輝度が可変できる複数のLEDから構成された車両用のLEDヘッドライトであって、前記複数のLEDは、前記車両の進行方向である正面方向に配光の中心がある正面LED群と、前記正面方向より右側に配光の中心がある右側LED群と、前記正面方向よりも左側に配光の中心がある左側LED群とから構成され、ハンドルが切られた場合においても、前記正面LED群は当該正面LED群の全光時の1/3以上の輝度を保つ。
好適な実施形態において、前記右側LED群と前記左側LED群との配光の中心は、前記正面LED群の配光の中心よりも、それぞれ左右に5〜30度振れている。
好適な実施形態において、前記正面LED群の光束は、前記右側LED群の光束と前記左側LED群の光束とよりも高い。
好適な実施形態において、前記正面LED群の色温度は、前記右側LED群の色温度と前記左側LED群の色温度とよりも低い。
好適な実施形態において、前記車両は、左側通行用の車両であって、前記左側LED群の光束の方が、前記右側LED群の光束よりも高い。
好適な実施形態において、前記LEDは、青色発光のLEDチップと、当該LEDチップからの発光を吸収して黄色発光する蛍光体とを有し、前記LEDチップの発光と蛍光体からの発光とで白色をとなる。
好適な実施形態において、前記正面LED群と前記右側LED群と前記左側LED群との何れかには、紫外線を放射するLEDが含まれる。
以上のように、本発明のLEDヘッドライトは、ハンドルが切られた場合においても、正面LED群が正面LED群自身の全光時の1/3以上の輝度を保つという構成により、対向車に混乱をきたすことなく、運転者の安全性も向上させた車両用ヘッドライトを得ることができる。
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
(実施の形態1)
図1は、本発明の第1の実施の形態における車両用のLEDヘッドライトを示す。
図1は、本発明の第1の実施の形態における車両用のLEDヘッドライトを示す。
図1において、車両101は、一般的な四輪自動車で、前二輪が左右に振れ、車両の進行方向を変化させるものである。また、ハンドル105は、ギアによって前輪の振れ角を変化させるものである。また、ハンドル105の振れ角を読み取るセンサーとしてハンドルコラムの根元にはハンドル切れ角センサー106が設置され、センサーからの信号は制御回路107へ送られる。制御回路107でハンドルの切れ角を感知し、切れ角に応じて各点灯回路に制御信号を送る。
また、LEDヘッドライトは、複数のLEDから構成される。LEDヘッドライトは、次の3つのヘッドライトを有する。1つ目のLEDヘッドライトが、車両の進行方向の正面方向に配光中心を有するLEDモジュール102(「正面LED群」とも言う)を備えたLEDヘッドライト111である。二つ目のLEDヘッドライトは、正面よりも進行方向の右側方向に配光中心を有するLEDモジュール103(「右側LED群」とも言う)を備えたLEDヘッドライト112である。三つ目のLEDヘッドライトは、正面よりも進行方向の左側方向に配光中心を有するLEDモジュール104(「左側LED群」とも言う)を備えたLEDヘッドライト113である。各LEDモジュール102、103、104は、点灯回路108、109、110によって個別に駆動される。
よって、制御回路107からの信号によって、各点灯回路から各LEDモジュールへ供給される電力が制御され、各LEDモジュールの点灯状態を制御出来るような構成となっている。
LEDヘッドライトの詳細図を図11に示す。LEDヘッドライト111、112、113は同様な構成であるので、ここではLEDヘッドライト111について説明する。LEDヘッドライト111は、プロジェクタータイプでありLEDモジュール102からの光をレンズと遮光板で配光制御するものである。
本実施の形態の左右のLEDヘッドライト112、113の右側LED群や左側LED群の配光中心は、正面LED群の配光中心より左右とも15度ずれている。なお、右側LED群や左側LED群の配光の中心と正面LED群の配光の中心との振れの角度は、5〜30度程度が好ましい。5度以下であれば、配光方向が異なる効果を得ることが出来ないし、30度以上となれば、一般的な自動車の振れ角よりも大きくなり進行方向を照らすことができなくなるためである。
(LEDモジュール)
LEDモジュール102,103,104は、白色LEDで構成されている。LEDモジュール102,103,104は、全光束500〜5000lm程度の光出力を有している。本実施の形態のLEDモジュール102,103,104は、正面方向の配光を持つLEDモジュール102は最大で1500lm、右方向の配光を持つLEDモジュール103は最大で1000lm、左方向の配光を持つLEDモジュール104は最大で1200lmの光出力を有している。なお、本実施の形態のように、正面方向のLEDモジュール102の全光束は、左右のLEDモジュール103,104の全光束より高いことが好ましい。これは、特に光量が必要な高速走行時にはほとんど正面方向の配光しか必要ないためである。また、左右のLEDモジュール103,104を比較すると、左側通行においては、左側のLEDモジュール104の全光束が高いほうが好ましい。これは、左側通行時には、歩行者が歩く路肩側の光量を大きくし、より安全に運転出来るようにするためである。
LEDモジュール102,103,104は、白色LEDで構成されている。LEDモジュール102,103,104は、全光束500〜5000lm程度の光出力を有している。本実施の形態のLEDモジュール102,103,104は、正面方向の配光を持つLEDモジュール102は最大で1500lm、右方向の配光を持つLEDモジュール103は最大で1000lm、左方向の配光を持つLEDモジュール104は最大で1200lmの光出力を有している。なお、本実施の形態のように、正面方向のLEDモジュール102の全光束は、左右のLEDモジュール103,104の全光束より高いことが好ましい。これは、特に光量が必要な高速走行時にはほとんど正面方向の配光しか必要ないためである。また、左右のLEDモジュール103,104を比較すると、左側通行においては、左側のLEDモジュール104の全光束が高いほうが好ましい。これは、左側通行時には、歩行者が歩く路肩側の光量を大きくし、より安全に運転出来るようにするためである。
LEDモジュール102,103,104について、図2を使用して詳しく説明する。各配光のLEDモジュールはLED数が異なるだけで、同じ構成であるので、ここでは正面方向のLEDモジュール102の場合について説明する。図2(c)は、LEDモジュール102の一部の概要図を示す。また、図2(a)にLEDモジュール102の上面図(光の出射面を見た図)を示す。LEDモジュール102は、1つのモジュールの基板(図示せず)上に発光層の大きさが約1.0mm角の発光中心波長が約470nmにある青色LEDチップ201が実装されている。LEDチップ201の周囲には、図示しないが黄色蛍光体を含んだ樹脂層が厚さ約100ミクロンで形成されている。この黄色蛍光体は、LEDの発する470nmの光によって励起され、黄色光を発するものであり、その結果、青色と黄色が混合され白色光を得ることが出来る。
個々のLEDチップに対応する位置に反射板202が設置され、LEDの放射光を効率的に出射できるように、狭指向性を持って光放射するようになっている。また、このとき、蛍光体層(図示せず)は、反射板202と接触していないことが好ましい。なぜならば、このような構成とした場合、蛍光体層が光源と考えられるので、蛍光体層が反射鏡とはなれることによって、反射鏡に対する光源の大きさを小さくすることが出来るので、より指向性の高い配光をもった光源とすることが出来る。
図2(b)にLEDモジュール102の図2(a)のA−A線の断面図を示す。LEDチップ201は、アルミニウム、銅、セラミックなどの熱伝導率の高い材料を主材とした基板203上に図示しないがバンプを介してフリップチップ実装されている。また、アルミニウム、銀などの反射率の高い材料を表面にコートしたもしくは材料とした反射板202が設置されている。LEDチップ201および、蛍光体層は、光劣化の少ない透光性の封止樹脂204(例えば、シリコーン樹脂)で封止されている。
加えて、LEDチップ201は、実装基板面積あたり1〜10個/cm2程度の密度で実装されている。例えば、前記LED1個あたりの定格電力が、1Wとすれば、1〜10W/cm2程度の電力密度となる。
本実施の形態では、モジュール102には、1個/cm2の密度で75個(縦5個×横15個)実装されている。ここで、LED1個あたりの光出力は20lmであるので、全光束は1500lmとなる。
ここで、正面方向のLEDモジュール102の全点灯時の色温度は約4000Kであり、左右方向のLEDモジュール103、104の全点灯時の色温度は約6000Kであり、LEDモジュール102に対して、左右方向のLEDモジュール103,104の色温度が高くなっている。言い換えるなら、LEDモジュール102は、左右方向のLEDモジュール103,104の色温度よりも低い。これは、左右方向のLEDモジュール103,104から発せられる光の青色成分が多いことに起因する。青色LEDと黄色蛍光体の組み合わせによる白色LEDを用いた場合、波長の短い青色成分が多いと色温度が上昇する。ここで、波長の短い青色成分の光はセンターライン、路側帯のラインなどに含まれる蛍光成分を発光させるため、よりラインの認識が容易となる。ただし、青色成分を多くすると光束低下を起こしてしまうので、障害物などの認識度を低下させる可能性があるので、正面方向の配光を持った光は色温度3000〜5000K程度のものが好ましい。また、左右方向に関しては、上記理由から5000〜7000K程度のものが好ましい。また、正面方向と左右方向の色温度差は2000K以下が好ましい。なぜならば、色温度差が大きくなると、運転者が違和感を覚える可能性があるためである。
また、図示しないが、左右方向のLEDモジュール103,104の一部を紫外線LEDとしてもよい。このときは、紫外線LEDチップの周囲には蛍光体層を有さない方が好ましい。なぜならば、紫外線を放射することによって、ラインの蛍光成分反応しやすくなり、効率的に認識できるからである。なお、この場合は可視光成分が減少するため、LEDの個数を適宜増加させればよい。
(蛍光体層)
次に、蛍光体層202について、詳しく説明する。蛍光体層202は、LEDチップ201表面に接して形成されており、シリコーン樹脂中に黄色蛍光体を混入させたものであり、LEDからの青色光を一部吸収し黄色に蛍光するものである。その結果、青色と黄色の混色となった放射光は白色となり、LEDモジュールから放射される。なお、前述のLEDモジュールの色温度調整は、蛍光体樹脂中の蛍光体濃度、および蛍光体層の厚さなどを調節することによって適宜変化させることが出来る。蛍光体層を厚くするもしくは濃度を高くすると青色成分に対して黄色成分の光が多くなり、放射光の色温度は低下する。
次に、蛍光体層202について、詳しく説明する。蛍光体層202は、LEDチップ201表面に接して形成されており、シリコーン樹脂中に黄色蛍光体を混入させたものであり、LEDからの青色光を一部吸収し黄色に蛍光するものである。その結果、青色と黄色の混色となった放射光は白色となり、LEDモジュールから放射される。なお、前述のLEDモジュールの色温度調整は、蛍光体樹脂中の蛍光体濃度、および蛍光体層の厚さなどを調節することによって適宜変化させることが出来る。蛍光体層を厚くするもしくは濃度を高くすると青色成分に対して黄色成分の光が多くなり、放射光の色温度は低下する。
また、本実施の形態では、黄色蛍光体としてYAG系の蛍光体を使用している。
また、蛍光体樹脂の粘度を高めるために、シリカ微粒子を混入している。これによって、蛍光体樹脂の粘度が高くなり、生産時の形状バラツキを高めることが出来る。
(点灯回路)
図3にLEDモジュール102の回路図を示す。図3に示すように、LEDは3個直列接続されたものが25並列で接続されている、本実施の形態のLEDは定格電圧が約3.6Vであるので3個直列で約10.8Vとなり一般的な自動車のバッテリー電圧12Vとほぼ等しくなり、電源回路での電圧変換のロスが少なくなる。なお、抵抗によってLEDに流れる電流を制御している。なお、24Vバッテリーを使用する車両に対しては、6個直列にすることで最適化できる。
図3にLEDモジュール102の回路図を示す。図3に示すように、LEDは3個直列接続されたものが25並列で接続されている、本実施の形態のLEDは定格電圧が約3.6Vであるので3個直列で約10.8Vとなり一般的な自動車のバッテリー電圧12Vとほぼ等しくなり、電源回路での電圧変換のロスが少なくなる。なお、抵抗によってLEDに流れる電流を制御している。なお、24Vバッテリーを使用する車両に対しては、6個直列にすることで最適化できる。
(放熱構造)
上記のように構成されたLEDモジュール102の放熱構造について以下に詳しく説明する。LEDモジュール102の背面には、図4に示すようにヒートシンク401とファン402が設置されている。なお図4は、断面図である。LEDモジュール102とヒートシンク401は、シリコングリースを用いて隙間なく接触するように設置され、効率的にLEDモジュール102からの熱をヒートシンクに伝えている。また、ヒートシンク401は、ファン402からの送風によって空気へ熱が逃げるように設置されている。ここで、ファンをほぼ隙間なく並べているのは、ファンの騒音を低減するためファン1個あたりの送風量つまり回転数を落として使用するためである。このように、多数のファンを低速回転させる構成による、ファン冷却時の騒音低下は非常に効果的である。
上記のように構成されたLEDモジュール102の放熱構造について以下に詳しく説明する。LEDモジュール102の背面には、図4に示すようにヒートシンク401とファン402が設置されている。なお図4は、断面図である。LEDモジュール102とヒートシンク401は、シリコングリースを用いて隙間なく接触するように設置され、効率的にLEDモジュール102からの熱をヒートシンクに伝えている。また、ヒートシンク401は、ファン402からの送風によって空気へ熱が逃げるように設置されている。ここで、ファンをほぼ隙間なく並べているのは、ファンの騒音を低減するためファン1個あたりの送風量つまり回転数を落として使用するためである。このように、多数のファンを低速回転させる構成による、ファン冷却時の騒音低下は非常に効果的である。
上記のように、非常に高密度にLEDを実装している場合は、熱でのLEDの発光効率低下を防止するため、必要に応じて冷却することが好ましい。このような構成によって、LEDの効率低下を招かずにLED光源を動作させることが出来る。なお、ヒートシンクの溝は、使用時にヒートシンク内の熱い空気が循環しやすいように、略鉛直方向に形成されている。なお、ヒートシンク、およびファンは、LEDからの発熱量によって適宜使用すればよいのであって、必ず必要ではないことを明記しておく。
もちろん、車両にダクトを設け空気を取り入れ、LEDを冷却してもよいし、ラジエータなどを冷却するファンなどと兼用してもよい。
(制御方法)
ここで、本発明のLEDヘッドライトの制御について以下に詳しく説明する。車両の進行方向を検知する手段として、ハンドルの切り角を使用する例について説明する。図1において、ハンドル105の切り角は、切り角センサー106によって進行方向を検知し、その信号は制御回路107に送られる。制御回路では、切り角信号によって、LEDモジュール102〜104へ供給する電流を制御する信号を発生させる。前記信号は、各モジュールに対応するLED点灯回路108〜110へ送られ、各LEDモジュールに制御された電流が供給され、各LEDモジュールの輝度を調節する構成となっている。
ここで、本発明のLEDヘッドライトの制御について以下に詳しく説明する。車両の進行方向を検知する手段として、ハンドルの切り角を使用する例について説明する。図1において、ハンドル105の切り角は、切り角センサー106によって進行方向を検知し、その信号は制御回路107に送られる。制御回路では、切り角信号によって、LEDモジュール102〜104へ供給する電流を制御する信号を発生させる。前記信号は、各モジュールに対応するLED点灯回路108〜110へ送られ、各LEDモジュールに制御された電流が供給され、各LEDモジュールの輝度を調節する構成となっている。
ハンドルの切り角と各LEDモジュールの輝度との関係を図5、6に示す。特許文献1に示される従来のヘッドライトの場合を図5に、本実施の形態のヘッドライトの場合を図6に示す。それぞれの図では、上から右側のLEDモジュール103、正面のLEDモジュール102,左側のLEDモジュール105のハンドルの切り角に対する輝度(相対値)のグラフを示している。
ここで、LEDモジュールへの供給電流とLEDモジュールの輝度はほぼ比例関係にあるので、輝度は供給電流とみなすことができる。すなわち、供給電流によって輝度を可変にすることができる。また、タイヤの切り角とハンドルの切り角とも比例関係にあるので、タイヤの切り角はハンドルの切り角ともみなすことができる。
図5に示すように、従来は、ハンドルの切り角が所定の角度よりも大きくなると正面方向のヘッドライトは消灯され、サイド方向のヘッドライトが点灯する。つまり、正面方向が消灯されてしまう。
図6において、本実施の形態のLEDヘッドライトはハンドルの切り角が右方向に所定の角度よりも大きくなると、正面方向のLEDモジュール102の輝度が低くなり、右方向のLEDモジュール103,104の輝度が徐々に高くなる。このとき、正面方向のLEDモジュール102の輝度は、徐々に低下するがピーク点灯時である直進時の輝度の1/3以上に保たれている。このように、1/3以上に保つことによって、対向車からみた自車位置の認識ミスを抑制することが出来る。
点灯状態を模式的に示す図7、8を用いて説明する。図7は、従来のヘッドライトの点灯例を示した図である。図7は、従来のヘッドライトを装着した車両を対向車側から見たときの点灯状態を示している。図7(a)は直進時のものである。図において、ヘッドライトで黒く塗りつぶされているのは、ヘッドライトが消灯していることを示す。また、ヘッドライトが白くなっているものは、ヘッドライトが全光していることを示す。つまり、図7(a)で示されるように、直進時は真ん中の正面方向に配光があるランプのみが点灯している。そして、図7(b)はハンドルを進行方向の右側に切った場合のランプの点灯状態を示している。図7(b)に示されるとおり、正面方向の配光を持ったヘッドライト111は消灯し、右方向に配光を持ったヘッドライト112のみが点灯している。つまり、従来の方式を用いると各配光をもったLEDモジュールをON/OFFによって制御するため、ハンドルを切った場合点灯するライト位置が変化し、対向車にとっては車の位置が急激に移動したように認識してしまう場合がある。これは、従来のヘッドライトは車両の両隅にライトが設置されており、ライトの端が車両の端と認識しているのが一般的であるからである。
これに対し、図8に本実施の形態に示すLEDヘッドランプの点灯状態を示す。図8(a)は直進状態の図である。図におけるヘッドライトの点灯態様は、図7で説明したものと同じであるが、更にヘッドライトが消灯から全光状態にある態様を斜線で示している。図7(a)同様にヘッドライトの正面配光部分のみが点灯している。つぎに、図7同様に右方向にハンドルを切った場合においても、正面方向のヘッドライト111は1/3以上の輝度で点灯する。正面方向のヘッドライト111は1/3以上の輝度で点灯しているので、正面方向のヘッドライト111は対向車からの認識できるので、ハンドルを切った場合においても対向車の認識ミスを抑制することが出来る。
なお、車両の進行方向を検知する手段として、本実施の形態ではハンドルの切り角センサーを用いたが、他には、カーナビゲーションと連動させて、進行方向を予測する方法を用いてもよいし、ウインカーの動作状況を検知してもよいし、それらの組み合わせによって検知してもよい。
なお、本実施の形態では青色LEDと黄色蛍光体の例を示したが、紫外線LEDと蛍光体の組み合わせや、RGBのLEDを組み合わせることによっても実現できる。ただし、本実施の形態の方法が、一番効率が高いため好ましい。また、車両用とであれば、標識の色が認識できることと、障害物が認識できればよいので、一般照明のように高い演色性は要求されない。このような用途においては、本実施の形態の青色LEDと黄色蛍光体の組み合わせは、他の方法と比べて演色性が比較的低いが、大きな問題とならない。それよりも障害物の認識などに関しては、光束が大きく影響するので効率の高いこの方法が好ましい。また、車両用であるので、蛍光体層の厚みバラツキなどによる色ムラも大きな問題とならない。
本発明の車両用ヘッドライトは、対向車に混乱をきたすことなく、運転者の安全性も向上させることができる。
101 車両
102 LEDモジュール(正面LED群)
103 LEDモジュール(右側LED群)
104 LEDモジュール(左側LED群)
105 ハンドル
106 ハンドル切り角センサ
107 制御回路
108 LED点灯回路(102のLEDモジュール用)
109 LED点灯回路(103のLEDモジュール用)
110 LED点灯回路(104のLEDモジュール用)
111 LEDヘッドライト(正面配光)
112 LEDヘッドライト(右側配光)
113 LEDヘッドライト(左側配光)
201 LEDチップ
202 反射鏡
203 基板
204 透光性樹脂
401 ヒートシンク
402 ファン
102 LEDモジュール(正面LED群)
103 LEDモジュール(右側LED群)
104 LEDモジュール(左側LED群)
105 ハンドル
106 ハンドル切り角センサ
107 制御回路
108 LED点灯回路(102のLEDモジュール用)
109 LED点灯回路(103のLEDモジュール用)
110 LED点灯回路(104のLEDモジュール用)
111 LEDヘッドライト(正面配光)
112 LEDヘッドライト(右側配光)
113 LEDヘッドライト(左側配光)
201 LEDチップ
202 反射鏡
203 基板
204 透光性樹脂
401 ヒートシンク
402 ファン
Claims (7)
- 輝度が可変できる複数のLEDから構成された車両用のLEDヘッドライトであって、
前記複数のLEDは、前記車両の進行方向である正面方向に配光の中心がある正面LED群と、前記正面方向より右側に配光の中心がある右側LED群と、前記正面方向よりも左側に配光の中心がある左側LED群とから構成され、
ハンドルが切られた場合においても、前記正面LED群は当該正面LED群の全光時の1/3以上の輝度を保つ、LEDヘッドライト。 - 前記右側LED群と前記左側LED群との配光の中心は、前記正面LED群の配光の中心よりも、それぞれ左右に5〜30度振れている請求項1に記載のLEDヘッドライト。
- 前記正面LED群の光束は、前記右側LED群の光束と前記左側LED群の光束とよりも高い、請求項1または2に記載のLEDヘッドライト。
- 前記正面LED群の色温度は、前記右側LED群の色温度と前記左側LED群の色温度とよりも低い、請求項1または2記載のLEDヘッドライト。
- 前記車両は、左側通行用の車両であって、
前記左側LED群の光束の方が、前記右側LED群の光束よりも高い、請求項1から4までの何れか一つに記載のLEDヘッドライト。 - 前記LEDは、青色発光のLEDチップと、当該LEDチップからの発光を吸収して黄色発光する蛍光体とを有し、
前記LEDチップの発光と蛍光体からの発光とで白色をとなる、請求項1から5までの何れか一つに記載のLEDヘッドライト。 - 前記正面LED群と前記右側LED群と前記左側LED群との何れかには、紫外線を放射するLEDが含まれる、請求項1から5までの何れか一つに記載のLEDヘッドライト。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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|---|---|
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