JP6465460B2 - 照明装置、および灯具 - Google Patents
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Description
発光素子を複数有する照明装置においては、基板上において、円周上に複数の発光素子を並べたり、アレイ状(縦横の配列)に複数の発光素子を並べたりしている。
また、発光素子と基板の表面の配線パターンとを配線で電気的に接続している。
そして、この様に並べられた複数の発光素子と、配線とを樹脂モールド部、すなわち封止部で封止するようにしている。
ここで、発光素子の点灯と消灯により、封止部には熱応力や膨張・収縮が発生する。この場合、封止部の体積が大きくなると、熱応力や膨張・収縮の影響が大きくなり、封止部により封止されている複数の発光素子、および複数の配線の一部に不具合が生じるおそれがある。
例えば、発光素子が基板から剥離したり、配線が断線したりするおそれがある。
そのため、封止部の体積は、できる限り小さくすることが好ましい。
ところが、単に、基板上に複数の発光素子を規則的に並べ、規則的に並べられた複数の発光素子を封止部で封止すると、封止部の体積が大きくなるおそれがある。
また、発光素子の光の出射面である上面の上方を配線が横切る距離が長くなり、出射した光が配線により遮られて、光の取り出し効率が悪くなるおそれがある。
前記複数の発光素子は、第1の位置に設けられた1個の発光素子と、前記第1の位置を中心とする円周上配置され、直列接続された4個の発光素子と、を有している。
前記直列接続された4個の発光素子は、前記第1の位置を中心とし前記4個の発光素子の中心を通る円周の内側に前記電極を備える第1の発光素子と、前記円周の外側に前記電極を備える第2の発光素子と、を有している。
前記複数の配線パッドは、前記第1の位置に設けられた前記1個の発光素子の前記電極に接続された前記配線と、前記第2の発光素子の前記電極に接続された前記配線とが、接続されている共通の配線パッドを有している。
前記複数の実装パッドと、前記第2の発光素子の前記電極と、前記共通の配線パッドと前記配線との接続部分と、が、前記第1の位置を中心とし、前記複数の実装パッドのそれぞれの最外周端を通る円周の内側に位置している。
図1、図2は、本実施の形態に係る照明装置1を例示するための模式斜視図である。
なお、図1は照明装置1の模式斜視図、図2は照明装置1の模式分解図である。
また、図1においては、図を見やすくするために封止部27を省いて描いている。
本体部10には、収納部11、フランジ部12、およびフィン13が設けられている。 収納部11は、円筒状を呈し、フランジ部12の一方の面から突出している。収納部11の内部には、発光部20が収納されている。また、収納部11の内部には、給電部30の給電端子31が突出している。
また、複数の凸部11aとフランジ部12との間には、ゴムやシリコーンなどの材料からなるシール部材を設けることもできる。
収納部11の内部のフランジ部12側には凹部11cが設けられている。凹部11cの内部には、発光部20の基板21が取り付けられる。また、凹部11cの底面から給電部30の給電端子31が突出している。
フィン13は、フランジ部12の面から突出して複数設けられている。複数のフィン13は、板状を呈し、放熱フィンとして機能する。
そのため、熱を外部に放出することを考慮して、本体部10を熱伝導率の高い材料から形成することができる。例えば、本体部10は、アルミニウム、アルミニウム合金、高熱伝導性樹脂などから形成することができる。
この場合、フィン13などの熱を外部に放出する部分を熱伝導率の高い材料から形成し、その他の部分を樹脂などから形成することもできる。
基板21は、板状を呈し、表面に配線パターン24が設けられている。
基板21の材料や構造には特に限定はない。例えば、基板21は、酸化アルミニウムや窒化アルミニウムなどの無機材料(セラミックス)、紙フェノールやガラスエポキシなどの有機材料などから形成することができる。また、基板21は、金属板の表面を絶縁体で被覆したものであってもよい。なお、金属板の表面を絶縁体で被覆する場合には、絶縁体は、有機材料からなるものであってもよいし、無機材料からなるものであってもよい。
また、基板21は、単層であってもよいし、多層であってもよい。
発光素子22は、配線パターン24に設けられる側とは反対側の面(上面)の複数の角部のいずれかの近傍、または、複数の辺のいずれかの中央部の近傍に電極28を有している(図3(b)、(c)を参照)。すなわち、発光素子22は、上面の周縁の近傍に1つの電極28を有している。なお、電極28に関する詳細は後述する。
発光素子22の下面に設けられた電極は、銀ペーストなどの導電性の熱硬化材を介して実装パッド24c(図7(b)を参照)と電気的に接続されている。発光素子22の上面に設けられた電極28は、配線25を介して配線パッド24bと電気的に接続されている。
発光素子22は、例えば、発光ダイオード、有機発光ダイオード、レーザダイオードなどとすることができる。
発光素子22の数や大きさなどは、例示をしたものに限定されるわけではなく、照明装置1の大きさや用途などに応じて適宜変更することができる。
なお、発光素子22の実装形態などに関する詳細は後述する。
制御素子23は、発光素子22に流れる電流を制御する。すなわち、制御素子23は、発光素子22の発光を制御する。
配線パターン24は、基板21の両方の面に設けることもできるが、製造コストを低減させるためには、基板21の一方の面に設けるようにすることが好ましい。
配線パターン24には、入力端子24a、配線パッド24b、および実装パッド24cが設けられている。
配線パッド24bは、複数設けられている。配線パッド24bは、配線25の一端を接続するための部分である(図7(b)を参照)。
実装パッド24cは、複数設けられている。実装パッド24cは、銀ペーストなどのペースト状の熱硬化材を用いて、発光素子22を接続するための部分である(図7(b)を参照)。
配線25は、例えば、超音波溶着または熱溶着により、発光素子22の上面に設けられた電極28と、配線パッド24bとに電気的に接続される。配線25は、例えば、ワイヤボンディング法を用いて、発光素子22の上面に設けられた電極28と、配線パッド24bとに電気的に接続することができる。
包囲壁部材26は、例えば、樹脂、セラミックス、アルミニウムなどの金属などから形成することができる。
包囲壁部材26の中央部26a側の側壁面は斜面となっている。発光素子22から出射された光の一部は、包囲壁部材26の中央部26a側の側壁面で反射されて、照明装置1の正面側に向けて出射される。
また、発光素子22から照明装置1の正面側に向けて出射された光の一部であって封止部27の天面(封止部27と外気との界面)で全反射した光は、包囲壁部材26の中央部26a側の側壁面で反射して、再び照明装置1の正面側に向けて出射される。
すなわち、包囲壁部材26は、リフレクタの機能を併せ持つものとすることができる。なお、包囲壁部材26の形態は、例示をしたものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
封止部27は、透光性を有する材料から形成されている。封止部27は、例えば、シリコーン樹脂などから形成することができる。
封止部27は、例えば、包囲壁部材26の中央部26aに樹脂を充填することで形成することができる。樹脂の充填は、例えば、ディスペンサなどの液体定量吐出装置を用いて行うことができる。
また、包囲壁部材26の中央部26aに樹脂を充填すれば、発光素子22と、発光素子22の外部との間の屈折率差を小さくすることができる。そのため、発光素子22の図示しない発光層から出射した光の一部が、発光素子22の上面と、中央部26aに充填された樹脂との間の界面で全反射されるのを抑制することができる。
例えば、発光素子22が青色発光ダイオード、蛍光体がYAG系蛍光体である場合には、発光素子22から出射した青色の光によりYAG系蛍光体が励起され、YAG系蛍光体から黄色の蛍光が放射される。そして、青色の光と黄色の光が混ざり合うことで、白色の光が照明装置1から出射される。なお、蛍光体の種類や発光素子22の種類は例示をしたものに限定されるわけではなく、照明装置1の用途などに応じて所望の発光色が得られるように適宜変更することができる。
複数の給電端子31は、収納部11およびフランジ部12の内部を延びている。複数の給電端子31の一方の端部は、収納部11の凹部11cの底面から突出し、配線パターン24の入力端子24aと電気的に接続されている。複数の給電端子31の他方の端部は、本体部10の基板21が設けられる側とは反対の側から露出している。
また、給電部30は、図示しない基板や、コンデンサや抵抗などの回路部品を備えたものとすることもできる。なお、図示しない基板や回路部品は、例えば、収納部11またはフランジ部12の内部に設けることができる。
まず、発光素子22の上面に設けられた電極28の位置について例示する。
図3は、発光素子22の上面に設けられた電極の位置について例示するための模式図である。
図3(a)は、比較例に係る発光素子122の上面に設けられた電極128の位置を例示するための模式図である。
図3(b)、(c)は、本実施の形態に係る発光素子22の上面に設けられた電極28の位置を例示するための模式図である。
また、図3(c)に示すように、発光素子22の上面の複数の辺のいずれかの中央部の近傍に電極28を設けるようにしても良い。
なお、電極28の位置は、適宜変更することができる。すなわち、電極28は、発光素子22の上面の周縁の近傍に1つ設けられていればよい。
この様にすれば、図3(a)の構成に対して、発光素子22の光の出射面である上面の上方を配線25が横切る距離を短くすることが可能となる。そのため、発光素子22から出射した光が配線25により遮られるのを少なくすることができ、光の取り出し効率を向上させることが可能となる。
この場合、複数の発光素子22の電極28が同じ方向にあるように、複数の発光素子22を基板21の上に実装すれば、実装工程におけるコストを低減させることができる。
なお、図4(a)は、比較例に係る発光部120における実装形態を例示するための模式図である。
図4(b)は、図4(a)におけるA部の拡大図である。
図5(a)、(b)は、配線25の接続形態を例示するための模式図である。
ところが、図4(b)に示すように、発光素子22の光の出射面である上面の上方を配線25が横切る距離が長くなる場合が生じる。
また、図5(b)中のB部において、配線25と発光素子22の上面とが接触するおそれがある。そのため、配線25の屈曲位置25aを高くする必要が生じる。その結果、封止部27の高さ寸法が高くなり、ひいては封止部27の体積が大きくなる。
例えば、発光素子22が基板21から剥離したり、配線25が断線したりするおそれがある。
また、封止部27の体積が大きくなれば、材料コストが増加することになる。
図6(a)、(b)は、比較例に係る配線パターン224と、配線25の接続形態との関係を例示するための模式図である。
なお、図6(a)は、比較例に係る配線パターン224が設けられた発光部220における実装形態を例示するための模式図である。
図6(b)は、図6(a)におけるC部の拡大図である。
そして、配線パターン224を変更することで、発光素子22の上面の上方を配線25が横切る距離が短くなるようにしている。
この様にすれば、図4、図5において説明した問題を解決できるようにも思える。
そのため、図5(b)における占有領域(図6(b)中の領域D1)に比べて、占有領域(図6(b)中の領域D2)が大きくなる。
このことは、包囲壁部材226が大きくなるとともに、封止部27の体積が大きくなることを意味する。
そのため、光の取り出し効率を向上させることができても、封止部27の体積を小さくすることはできない。
以下においては、一例として、電極28が上面の複数の角部のいずれかの近傍に設けられている場合について説明する。
なお、電極28が上面の複数の辺のいずれかの中央部の近傍に設けられている場合も同様とすることができる。すなわち、電極28が、発光素子22の上面の周縁の近傍に1つ設けられている場合も同様とすることができる。
図7(a)、(b)は、本実施の形態に係る発光素子22の実装形態を例示するための模式図である。
なお、図7(a)は、発光部20における発光素子22の実装形態を例示するための模式図である。
図7(b)は、図7(a)におけるE部の拡大図である。
すなわち、発光部20は、第1の位置29に設けられた1個の発光素子22と、第1の位置29を中心とする円周上(仮想円40の円周上)に等配に設けられた4個の発光素子22とを有する。
また、周囲に設けられた4個の発光素子22は、直列接続されている。
また、仮想円40の内側にそれぞれの電極28が設けられている。
また、基板21上における第1の位置29は、任意の位置とすることができる。例えば、図7(a)に例示をしたものの場合には、基板21の中心を第1の位置29としている。
また、複数の配線パッド24bと、複数の電極28との間の距離が、それぞれ最も短くなるような位置に、5個の発光素子22、22aがそれぞれ設けられている。
またさらに、発光素子22、22aの上面の上方を配線25が横切る距離を短くすることができ、ひいては光の取り出し効率を向上させることができる。
また、照明装置1によれば、封止部27の体積が小容量で済むので、大容量の封止部と比較して、封止部27のクラックの発生を低く抑えることができる、その結果、封止部27の封止性能を向上させることができるので、照明装置1の製造の歩留まりを向上させることができる。
さらに、照明装置1によれば、封止部27の体積が小容量で済むので、製造コストを低減できる。また、封止部27の充填時間を短縮できるので、製造時間の短縮、ひいては製造コストの低減を図ることができる。
なお、図8(a)は、発光部20aにおける発光素子22の実装形態を例示するための模式図である。
図8(b)は、図8(a)におけるF部の拡大図である。
すなわち、発光部20は、第1の位置29を中心とする円周上(仮想円40の円周上)に等配に設けられた4個の発光素子22を有する。
また、4個の発光素子22は、直列接続されている。
例えば、図8(b)中の3個の発光素子22aにおける発光素子22aと発光素子22aとの間の電気的な接続において、それぞれの電極28の位置が、第1の位置29を中心として回転対称となっている。
なお、図8(b)中の発光素子22(22a)は、図7(b)中の周囲に設けられた発光素子22(22a)を発光素子22(22a)の中心に対してそれぞれ45°程度回転させた場合である。
本実施の形態によれば、図7(a)、(b)に例示をした実施形態と同様の効果を享受することができる。
なお、図9(a)は、発光部20bにおける発光素子22の実装形態を例示するための模式図である。
図9(b)は、図9(a)におけるG部の拡大図である。
また、周囲に設けられた4個の発光素子22は、直列接続されている。
また、複数の配線パッド24bと、複数の電極28との間の距離が、それぞれ最も短くなるような位置に、5個の発光素子22、22aがそれぞれ設けられている。
本実施の形態によれば、図7(a)、(b)に例示をした実施形態と同様の効果を享受することができる。
なお、図10(a)は、発光部20cにおける発光素子22の実装形態を例示するための模式図である。
図10(a)においては、包囲壁部材26を省略して描いている。
図10(b)は、図10(a)におけるH部の拡大図である。
また、6個の発光素子22は、直列接続されている。
また、複数の配線パッド24bと、複数の電極28との間の距離が、それぞれ最も短くなるような位置に、6個の発光素子22、22aがそれぞれ設けられている。
なお、図11(a)は、発光部20dにおける発光素子22の実装形態を例示するための模式図である。
図11(a)においては、包囲壁部材26を省略して描いている。
図11(b)は、図11(a)におけるI部の拡大図である。
また、直列接続された4個の発光素子22a1と、直列接続された4個の発光素子22a2とが並列接続されている。
また、直列接続された4個の発光素子22a2における発光素子22a2と発光素子22a2との間の電気的な接続において、それぞれの電極28が仮想円40の内側に設けられている。
また、直列接続された4個の発光素子22a2における発光素子22a2と発光素子22a2との間の電気的な接続において、それぞれの電極28の位置が、第1の位置29を中心として回転対称となっている。
また、複数の配線パッド24bと、複数の電極28との間の距離が、それぞれ最も短くなるような位置に、8個の発光素子22、22aがそれぞれ設けられている。
本実施の形態によれば、図7(a)、(b)に例示をした実施形態と同様の効果を享受することができる。
なお、図12(a)は、発光部20eにおける発光素子22の実装形態を例示するための模式図である。
図12(a)においては、包囲壁部材26を省略して描いている。
図12(b)は、図12(a)におけるJ部の拡大図である。
また、直列接続された3個の発光素子22b1と、直列接続された3個の発光素子22b2と、直列接続された3個の発光素子22b3と、が並列接続されている。
また、直列接続された3個の発光素子22b2における発光素子22b2と発光素子22b2との間の電気的な接続において、それぞれの電極28が仮想円40の内側に設けられている。
また、直列接続された3個の発光素子22b3における発光素子22b3と発光素子22b3との間の電気的な接続において、それぞれの電極28が仮想円40の内側に設けられている。
また、直列接続された3個の発光素子22b3における発光素子22b3と発光素子22b3との間の電気的な接続において、それぞれの電極28の位置が、第1の位置29を中心として回転対称となっている。
本実施の形態によれば、図7(a)、(b)に例示をした実施形態と同様の効果を享受することができる。
なお、図13(a)は、発光部20fにおける発光素子22の実装形態を例示するための模式図である。
図13(a)においては、包囲壁部材26を省略して描いている。
図13(b)は、図13(a)におけるK部の拡大図である。
また、直列接続された4個の発光素子22c1と、直列接続された4個の発光素子22c2と、直列接続された4個の発光素子22c3と、が並列接続されている。
また、直列接続された4個の発光素子22c2における発光素子22c2と発光素子22c2との間の電気的な接続において、それぞれの電極28が仮想円40の内側に設けられている。
また、直列接続された4個の発光素子22c3における発光素子22c3と発光素子22c3との間の電気的な接続において、それぞれの電極28が仮想円40の内側に設けられている。
本実施の形態によれば、図7(a)、(b)に例示をした実施形態と同様の効果を享受することができる。
Claims (8)
- 本体部と;
前記本体部に設けられた基板と;
前記基板の表面に設けられ、複数の配線パッドと、複数の実装パッドと、を有する配線パターンと;
それぞれが、前記実装パッドの上に設けられ、前記実装パッド側とは反対側の面の周縁の近傍に電極を有した複数の発光素子と;
前記複数の配線パッドと、複数の前記電極と、をそれぞれ接続する複数の配線と;
前記複数の発光素子、前記複数の電極、前記複数の配線、および、前記複数の配線にそれぞれ接続される配線パッドの接続位置を囲む包囲壁部材と;
前記包囲壁部材の内側を覆う封止部と;
を具備し、
前記複数の発光素子は、
第1の位置に設けられた1個の発光素子と、
前記第1の位置を中心とする円周上配置され、直列接続された4個の発光素子と、
を有し、
前記直列接続された4個の発光素子は、
前記第1の位置を中心とし前記4個の発光素子の中心を通る円周の内側に前記電極を備える第1の発光素子と、
前記円周の外側に前記電極を備える第2の発光素子と、
を有し、
前記複数の配線パッドは、
前記第1の位置に設けられた前記1個の発光素子の前記電極に接続された前記配線と、
前記第2の発光素子の前記電極に接続された前記配線とが、接続されている共通の配線パッドを有し、
前記複数の実装パッドと、前記第2の発光素子の前記電極と、前記共通の配線パッドと前記配線との接続部分と、が、前記第1の位置を中心とし、前記複数の実装パッドのそれぞれの最外周端を通る円周の内側に位置している照明装置。 - 前記第1の発光素子は複数設けられ、
前記複数の第1の発光素子の前記電極は、前記第1の位置を中心として回転対称となる位置に設けられている請求項1記載の照明装置。 - 前記4個の発光素子は、前記1個の発光素子を中心として、互いに直交する方向に配置されている請求項1または2に記載の照明装置。
- 前記複数の配線パッドと、前記複数の電極と、の間の距離が、それぞれ最も短くなるような位置に、前記複数の発光素子がそれぞれ設けられている請求項1〜3のいずれか1つに記載の照明装置。
- 前記本体部は、フィンを有する請求項1〜4のいずれか1つに記載の照明装置。
- 前記本体部は、高熱伝導性樹脂を含む請求項1〜5のいずれか1つに記載の照明装置。
- 一端が前記配線パターンと電気的に接続され、他端が前記本体部の前記基板が設けられる側とは反対の側から露出する給電端子をさらに具備した請求項1〜6のいずれか1つに記載の照明装置。
- 請求項1〜7のいずれか1つに記載の照明装置を具備した灯具。
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