KR20070117808A - Method of fabricating light emitting diode chip - Google Patents
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Abstract
Description
도 1a 및 1b는 일반적인 발광 다이오드 칩을 설명하기 위한 단면도이다.1A and 1B are cross-sectional views illustrating a general light emitting diode chip.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 발광 다이오드 칩 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a light emitting diode chip according to a preferred embodiment of the present invention.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 칩 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다. 3 to 6 are views for explaining a method of manufacturing a light emitting diode chip according to an embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 AC LED용 발광 다이오드 칩 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.7 is a view for explaining a method of manufacturing a light emitting diode chip for AC LED according to another embodiment of the present invention.
본 발명은 발광 다이오드 칩 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기판의 측벽이 경사지도록 하여 발광 효율을 높이는 발광 다이오드 칩 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of manufacturing a light emitting diode chip, and more particularly, to a method of manufacturing a light emitting diode chip to increase the luminous efficiency by inclining the side wall of the substrate.
발광 다이오드(Light Emiting Diode: LED)는 P형 반도체와 N형 반도체가 접합된 구조를 갖는 광전변환 소자로서, 순방향 전압을 가하면 P형 반도체와 N형 반 도체의 접합부분을 통해 전자와 정공이 이동하면서 재결합하여 빛을 발산한다. 이때 방출되는 빛의 색상은 갭 에너지에 의해 결정되므로 반도체 재료의 선택에 따라 원하는 색상의 빛을 방출하는 발광 다이오드를 제조할 수 있다.A light emitting diode (LED) is a photoelectric conversion element having a structure in which a P-type semiconductor and an N-type semiconductor are joined. When a forward voltage is applied, electrons and holes move through the junction of the P-type semiconductor and the N-type semiconductor. Recombine and emit light. In this case, since the color of the emitted light is determined by the gap energy, a light emitting diode emitting light having a desired color may be manufactured according to the selection of the semiconductor material.
이러한 발광 다이오드는 다양한 색상 구현이 가능하여 각종 전자 제품류와 계기판, 전광판 등에 표시소자 및 백라이트로 널리 이용되고 있다. Such a light emitting diode can be implemented in various colors, and is widely used as a display device and a backlight for various electronic products, instrument panels, and electronic displays.
또한, 발광 다이오드는 기존의 백열전구 또는 형광등과 같은 조명기구에 비해 전력 소모가 작고 수명이 길어, 기존 조명기구를 대체하여 일반 조명 용도로 그 사용 영역을 넓히고 있다. 다만, 발광 다이오드를 일반 조명 용도로 사용하기 위해서는 발광 다이오드의 발광 효율을 높이는 것이 상당히 중요하며 이를 위해 다양한 기술이 개발되고 있다. In addition, the light emitting diode consumes less power and has a longer life than a conventional incandescent lamp or a luminaire such as a fluorescent lamp, thereby replacing the existing luminaire and expanding its use area for general lighting. However, in order to use the light emitting diode for general lighting purposes, it is very important to increase the light emitting efficiency of the light emitting diode, and various techniques have been developed for this purpose.
일반적으로 발광 다이오드는 기판 상에 반도체 층들을 순차적으로 형성하고, 형성된 반도체 층들을 차례로 식각하여 발광 영역들을 형성하여 제조된다. 이어서, 제조된 발광 다이오드는 다이아몬드 휠을 이용하여 기판을 분리하는 공정을 거쳐 개별 발광 다이오드 칩으로 제조된다. In general, light emitting diodes are manufactured by sequentially forming semiconductor layers on a substrate and sequentially etching the formed semiconductor layers to form light emitting regions. Subsequently, the manufactured light emitting diodes are manufactured as individual light emitting diode chips through a process of separating a substrate using a diamond wheel.
도 1a 및 1b는 상기와 같은 일반적인 발광 다이오드 칩 제조 방법에 따라 제조된 발광 다이오드 칩의 개략적인 단면도이다. 1A and 1B are schematic cross-sectional views of a light emitting diode chip manufactured according to the above-described general light emitting diode chip manufacturing method.
도 1a는 단일 발광 다이오드 칩의 단면도이며, 도 1b는 AC LED 용 발광 다이오드 칩의 단면도이다. 1A is a cross-sectional view of a single light emitting diode chip, and FIG. 1B is a cross-sectional view of a light emitting diode chip for an AC LED.
도면을 참조하면, 기판(11, 31) 상에 하부 반도체층들(15, 35), 활성층들(17, 37) 및 상부 반도체층들(19, 39)을 포함하는 반도체층들(16, 36)이 순차적 으로 위치한다. 그리고, 반도체층들(16, 36) 상에 투명전극층들(21, 41)이 위치하고, 상기 투명전극층들(21, 41) 및 하부 반도체층들(15, 35) 상에 전극패드들(23, 43)이 위치한다. AC LED용 발광 다이오드 칩에는 상기 전극패드들(43)을 연결하는 배선(45)이 형성될 수 있다. 한편, 반도체층들(16, 36)과 기판(11, 31) 사이에 버퍼층(13, 33)이 개재될 수 있다.Referring to the drawings,
이와 같이 발광 다이오드가 제조된 후 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같은 발광 다이오드 칩으로 분리되는 공정을 거치고 나면, 발광 다이오드 칩의 기판(11, 31)은 도시된 바와 같이 그 측면이 하부면과 수직으로 형성된다. After the light emitting diode is manufactured as described above, the
한편, 종래의 발광 다이오드 칩은, 활성층들(17, 37)에서 빛이 발광되며 발광된 빛 중 상측으로 방사되는 빛은 발광 다이오드 칩의 상부면의 금속층들(21, 41)을 통해 공기 중으로 방출된다.Meanwhile, in the conventional LED chip, light is emitted from the
그러나, 활성층들(17, 37)에서 발광된 빛 중 하측 기판들(11, 31) 내로 방사된 빛은 기판들(11, 31)과 공기와의 굴절율 차이로 인해 공기 중으로 쉽게 방출되지 못하고 기판들(11, 31) 내부에서 전반사를 반복하여 발광 효율이 저하되는 문제점이 있다. 따라서, 기판 내부로 방사된 빛이 공기 중으로 쉽게 방출될 수 있는 발광 다이오드 칩의 제조 방법이 요구된다.However, of the light emitted from the
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 발광효율이 개선된 발광 다이오드 칩 제조방법을 제공하는 데 있다. An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a light emitting diode chip with improved luminous efficiency.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 발광 다이오드 칩 제조방법을 개시한다. 본 발명의 일 태양에 따른 발광 다이오드 칩 제조방법은, 기판을 준비하는 단계; 상기 기판상에 반도체층들을 형성하는 단계; 상기 반도체층들을 패터닝하여 적어도 하나의 발광 영역을 형성하는 단계; 및 경사진 날을 갖는 블레이드를 이용하여 분리된 기판의 측벽의 적어도 일부가 그 하부면에 대해 경사진 복수의 발광 다이오드 칩으로 분리하는 단계;를 포함한다. In order to achieve the above technical problem, the present invention discloses a light emitting diode chip manufacturing method. According to one or more exemplary embodiments, a method of manufacturing a light emitting diode chip includes preparing a substrate; Forming semiconductor layers on the substrate; Patterning the semiconductor layers to form at least one light emitting region; And separating at least a portion of the sidewall of the separated substrate into a plurality of light emitting diode chips inclined with respect to a lower surface thereof by using a blade having a slanted blade.
여기서, 상기 블레이드 날은 그 양면이 동일한 경사를 갖는 것이 바람직하다. Here, it is preferable that both of the blade blades have the same inclination.
또한, 상기 블레이드 날의 경사는 그 꼭지각이 50도 내지 150도의 범위 내인 것이 더욱 바람직하다. Further, the inclination of the blade edge is more preferably in the vertex angle of 50 degrees to 150 degrees.
그리고, 상기 칩 분리 단계는, 상기 기판의 하부면 측에서 상기 기판 두께 방향으로 그 두께의 적어도 일부를 상기 블레이드를 이용하여 절삭함으로써 수행되는 것이 바람직하다. The chip separating step may be performed by cutting at least a portion of the thickness using the blade in the substrate thickness direction on the lower surface side of the substrate.
또한, 상기 칩 분리 단계는, 상기 기판의 하부면 측에서 상기 기판의 두께 방향으로 상기 블레이드를 이용하여 홈을 생성한 후 그 양측면에 기계적 힘을 가하여 절단되도록 함으로써 수행되는 것이 바람직하다. In addition, the chip separation step is preferably performed by creating a groove using the blade in the thickness direction of the substrate on the lower surface side of the substrate and then cutting by applying mechanical force to both sides thereof.
이에 따라, 활성층에서 기판 내부로 방사된 빛이 공기 중으로 쉽게 방출될 수 있어 발광 다이오드 칩의 발광 효율이 향상된다. Accordingly, light emitted from the active layer into the substrate can be easily emitted into the air, thereby improving the light emitting efficiency of the LED chip.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되어지는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described embodiments of the present invention; The following embodiments are provided as examples to sufficiently convey the spirit of the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the invention is not limited to the embodiments described below and may be embodied in other forms. In the drawings, widths, lengths, thicknesses, and the like of components may be exaggerated for convenience. Like numbers refer to like elements throughout.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 칩 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 칩 제조방법을 설명하기 위한 도면이다. 2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a light emitting diode chip according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 3 to 5 are views illustrating a method of manufacturing a light emitting diode chip according to an embodiment of the present invention.
도 2 및 도 3을 참조하면, 우선 기판(211)을 준비한다(S101). 상기 기판(211)은 예컨데, 사파이어(Al2O3)기판일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 기판 상에 형성될 반도체층의 물질에 따라 다양하게 선택될 수 있다.2 and 3, first, a
이어서, 상기 기판 상에 반도체층들을 형성한다(S103). 반도체층들로는, 하부 반도체층(215), 활성층(217) 및 상부 반도체층(219)이 순차적으로 형성된다. 하부 반도체층(215), 활성층(217) 및 상부 반도체층(219)은 각각 질화갈륨 계열의 반도체 물질 즉, (B, Al, In, Ga)N로 형성될 수 있다. 특히, 활성층(217)은 요구되는 파장의 광 예컨대 자외선 또는 청색광을 방출하도록 조성 원소 및 조성비가 결정되며, 하부 반도체층(215) 및 상부 반도체층(219)은 상기 활성층(217)에 비해 밴드갭이 큰 물질로 형성된다.Subsequently, semiconductor layers are formed on the substrate (S103). As the semiconductor layers, the
그리고, 상기 하부 반도체층(215), 상부 반도체층(219), 및 활성층(217)은 금속유기화학기상증착(MOCVD), 분자선 성장(molecular beam epitaxy) 또는 수소화 물 기상 성장(hydride vapor phase epitaxy; HVPE) 기술 등을 사용하여 단속적으로 또는 연속적으로 성장될 수 있다.In addition, the
여기서, 상기 하부 반도체층(215) 및 상부 반도체층(219)은 각각 n형 및 p형, 또는 p형 및 n형이다. 질화갈륨 계열의 화합물 반도체층에서, n형 반도체층은 불순물로 예컨대 실리콘(Si)을 도핑하여 형성될 수 있으며, p형 반도체층은 불순물로 예컨대 마그네슘(Mg)을 도핑하여 형성될 수 있다.The
상기 하부 반도체층(215) 및/또는 상부 반도체층(219)은, 도시한 바와 같이, 단일층일 수 있으나, 다층 구조를 가질 수도 있다. 또한, 활성층(217)은 단일 양자웰 또는 다중 양자웰 구조를 가질 수 있다. The
또한, 하부 반도체층(215)을 형성하기 전, 반도체층들(216)과 기판(211) 사이에 버퍼층(213)이 개재될 수 있다. 버퍼층(213)은 기판(211)과 그 위에 형성될 하부 반도체층(215)의 격자부정합을 완화시키기 위해 형성되며, 예컨대 질화갈륨(GaN) 또는 질화알루미늄(AlN)으로 형성될 수 있다. In addition, before forming the
이어서, 상기 상부 반도체층 상에 발광 영역들을 한정하는 포토레지스트 패턴들을 형성하고, 형성된 포토레지스트 패턴들을 식각마스크로 사용하여 상부 반도체층(219), 활성층(217) 및 하부 반도체층(215)을 차례로 식각하여 발광 영역들을 형성한다(S105).Subsequently, photoresist patterns defining light emitting regions are formed on the upper semiconductor layer, and the
도 4를 참조하면, 이에 따라 형성된 발광 영역들 각각은, 기판(211) 상에 위치하는 하부 반도체층(215), 상기 하부 반도체층(215)의 일 영역 상부에 위치하는 상부 반도체층(219) 및 상기 하부 반도체층(215)과 상기 상부 반도체층(219) 사이 에 개재된 활성층(217)을 포함하고, 상기 하부 반도체층(215)의 다른 영역은 노출된다. Referring to FIG. 4, each of the light emitting regions thus formed may include a
한편, 상기 금속배선들을 형성하기 전, 상기 상부 반도체층(219) 상에 금속층들이 형성될 수 있으며, 상기 노출된 하부 반도체층(215) 상에 오믹 콘택층들이 더 형성될 수 있으며, 상부 반도체층(219) 상에도 오믹 콘택층들이 형성될 수 있으나 여기서는 그 상세한 기재는 생략한다.Meanwhile, before forming the metal wires, metal layers may be formed on the
이어서, 기판(211)의 하부면으로부터 블레이드를 이용하여 기판을 그 두께 방향으로 적어도 일부를 경사진 모양으로 절삭하여 기판 두께의 일부분에 경사진 홈을 생성한 후 생성된 홈의 양측면에 기계적인 힘을 가하여 절단되도록 브레이킹(breaking)하거나, 기판 전체를 경사진 모양으로 절삭하여 기판 전체에 경사진 절삭면을 생성함으로써 복수개의 개별 발광 다이오드 칩으로 분리한다(S107). Subsequently, the substrate is cut from the lower surface of the
도 5를 참조하면, 이에 따라 분리된 개별 발광 다이오드 칩의 기판의 측벽은 그 적어도 일부가 경사(θ)를 가지며, 이러한 경사는 기판의 상부면으로 갈수록 기판이 넓어지는 형태의 경사가 된다. Referring to FIG. 5, the sidewalls of the substrates of the individual LED chips thus separated have an inclination θ, and the inclination becomes an inclination in which the substrate widens toward the upper surface of the substrate.
본 발명에서 발광 다이오드 칩 분리에 사용되는 블레이드는 경사진 날을 가져 기판 절삭시 기판의 측벽이 그 하부면 측으로 기울어지고 상부로 갈수록 기판 폭이 넓어지는 형태의 경사를 갖도록 한다. In the present invention, the blade used to separate the light emitting diode chip has an inclined blade so that the side wall of the substrate is inclined toward the lower surface side of the substrate when cutting the substrate and the inclined shape is widened toward the upper side.
도 6은 본 발명에 따른 발광 다이오드 제조방법에 사용되는 블레이드의 단면을 나타낸 도면이다.6 is a cross-sectional view of a blade used in the method of manufacturing a light emitting diode according to the present invention.
도면을 참조하면, 기판(211)을 분리하기 위해 사용되는 블레이드(B)는 그 끝 부분에 형성된 블레이드 날(S)의 양면이 경사를 가지며, 경사각은 기판(211)의 두께가 수십 마이크로에서 수백 마이크로의 범위를 갖는 경우 블레이드 날의 꼭지각(φ)이 50도 내지 150도 정도로 제작되는 것이 바람직하다.Referring to the drawings, the blade (B) used to separate the
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 기판(211)의 측벽이 그 하부면과 이루는 경사각(θ)은 블레이드 날의 경사에 따라 결정되므로 경사각(θ)은 25도 내지 75도의 범위 내일 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, since the inclination angle θ formed by the sidewall of the
즉, 상기한 바와 같은 블레이드(B)를 고속 회전시키면서 기판(211)의 하부면 방향에서 상부면 방향으로 그 두께를 따라 홈이 생성되도록 블레이드를 이동시키면 블레이드 날의 경사에 따라 기판(211)이 절삭되어 기판(211)에 경사진 홈이 생성된다. 이 경우, 블레이드 날(S)의 두께(W) 및 높이(H)는 기판의 두께를 고려하여 조절될 수 있다.In other words, while rotating the blade (B) at a high speed while rotating the blade (B) along the thickness from the lower surface direction to the upper surface direction of the
한편, 도 5에는 기판(211) 측벽의 일부가 경사진 형태를 갖는 발광 다이오드 칩이 도시되어 있으나, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 칩 분리 단계에서 기판(211) 측벽의 전체가 경사진 형태를 갖는 발광 다이오드 칩으로 분리할 수도 있다. Meanwhile, although FIG. 5 illustrates a light emitting diode chip in which a part of the sidewall of the
즉, 기판(211) 측벽의 일부가 경사진 형태의 발광 다이오드 칩은 블레이드를 이동시키면서 기판의 일부만이 절삭되어 홈이 생성되도록 한 후 기판(211)을 생성된 홈의 양측면에 기계적 힘을 가하여 절단되도록 브레이킹(breaking)함으로써 형성되나, 기판(211) 전체가 경사진 형태의 측벽을 갖는 발광 다이오드 칩은 블레이드 날(S)이 기판(211)의 두께를 따라 전체를 통과하여 기판(211) 전체가 절삭되어 홈이 생성되는 것과 동시에 기판(211) 전체가 절단되도록 하여 형성된다.That is, the light emitting diode chip in which a part of the sidewall of the
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 AC LED용 발광 다이오드 칩 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.7 is a view for explaining a method of manufacturing a light emitting diode chip for AC LED according to another embodiment of the present invention.
AC LED용 발광 다이오드 칩을 제조하는 방법은 전술한 단일칩 제조방법에 있어서, 기판(311)을 준비하고(S101), 하부 반도체층(315), 활성층(317) 및 상부 반도체층(319)을 포함하는 반도체층들을 형성하며(S103), 반도체층들을 패터닝하여 발광 영역들(316)을 형성하는(S105) 단계는 유사하므로 여기서는 그 상세한 설명은 생략한다.In the method of manufacturing a light emitting diode chip for an AC LED, in the above-described single chip manufacturing method, the
AC LED용 발광 다이오드 칩 제조방법에 있어서, 반도체층들을 패터닝하여 발광 영역들(316)을 형성하고 난 후, 상부 반도체층(319) 상에 투명전극층(321)이 형성될 수 있으며, 투명전극층들(321)은 활성층들(317)에서 생성된 광을 투과시키며, 상부 반도체층들(319)에 전류를 분산시키어 공급한다. In the method of manufacturing a light emitting diode chip for an AC LED, after the semiconductor layers are patterned to form the
또한, 상기 노출된 하부 반도체층(315) 상에 전극패드(325)가 더 형성될 수 있으며, 상부 반도체층(319) 상에도 전극패드(323)가 형성될 수 있다. 그리고, 서로 이격된 발광 영역들을 전기적으로 연결하도록 배선(329)이 전극패드(323, 325)와 접촉하여 형성될 수 있다. 상기 배선(329)은 에어 브리지(air bridge) 방식을 사용하여 형성되거나 경우에 따라 스텝 커버(step cover) 방식으로 형성될 수도 있다.In addition, an
한편, 이와 같이 형성된 발광 영역들의 어레이를 포함하는 개별 AC LED용 발광 다이오드 칩을 제조하기 위해, 상술한 바와 같이 기판(311)의 하부면으로부터 블레이드를 이용하여 기판(311)을 그 두께 방향으로 적어도 일부를 경사진 모양으로 절삭하여 기판 두께의 일부분에 경사진 홈을 생성한 후 브레이킹(breaking)하거나, 기판 전체를 경사진 모양으로 절삭하여 기판 전체에 경사진 절삭면을 생성함으로써 개별 AC LED용 발광 다이오드 칩으로 분리한다. On the other hand, in order to manufacture a light emitting diode chip for an individual AC LED including the array of light emitting regions thus formed, as described above, by using a blade from the lower surface of the
따라서, 분리된 개별 AC LED용 발광 다이오드 칩의 기판의 측벽은 그 적어도 일부 또는 전체가 경사(θ)를 가지며, 이러한 경사는 기판의 상부면으로 갈수록 기판이 넓어지는 형태의 경사가 된다. Therefore, at least part or all of the sidewalls of the substrate of the separated individual LED chip for AC LED have an inclination θ, and the inclination becomes an inclination in which the substrate becomes wider toward the upper surface of the substrate.
따라서, 본 발명의 실시예들에 따른 발광 다이오드 칩 제조방법에 따라 제조된 발광 다이오드 칩은, 기판(211, 311)의 측벽이 그 일부 또는 전부가 하부면에 대해 경사지게 형성되어 위로 갈수록 기판(211, 311)의 폭이 넓어진다. 상기 측벽의 경사는 활성층(217, 317)에서 생성된 광의 기판(211, 311)에서의 방출 효율을 향상시킨다. Accordingly, in the LED chip manufactured according to the method of manufacturing the LED chip according to the embodiments of the present invention, the sidewalls of the
본 발명의 실시예들에 따르면, 기판의 측벽이 그 일부 또는 전부가 그 하부면에 대해 경사지도록 발광 다이오드 칩이 제조되어 활성층에서 발광된 빛이 기판의 측면에서 보다 쉽게 공기 중으로 방출되어 발광소자의 발광효율이 높아진다. According to embodiments of the present invention, a light emitting diode chip is manufactured such that a sidewall of the substrate is partially or wholly inclined with respect to a lower surface thereof, so that light emitted from the active layer is more easily emitted into the air from the side of the substrate, thereby providing a light emitting device. The luminous efficiency becomes high.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN102280550A (en) * | 2011-08-16 | 2011-12-14 | 苏州纳方科技发展有限公司 | LED (Light Emitting Diode) chip with improved light emitting structure and preparation method thereof |
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2006
- 2006-06-09 KR KR20060051911A patent/KR20070117808A/en not_active Application Discontinuation
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN102280550A (en) * | 2011-08-16 | 2011-12-14 | 苏州纳方科技发展有限公司 | LED (Light Emitting Diode) chip with improved light emitting structure and preparation method thereof |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E601 | Decision to refuse application |