JP2008311333A - Method for dividing substrate, and method for manufacturing display - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザ光を照射して基板を分割する方法、特に基板の内部に改質領域を形成することにより基板を分割する基板分割方法、及びそれにより表示装置用基板を分割する表示装置の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for dividing a substrate by irradiating a laser beam, particularly a substrate dividing method for dividing a substrate by forming a modified region inside the substrate, and a display device for dividing a substrate for a display device thereby. It relates to a manufacturing method.
このような基板分割方法としては、例えば下記の特許文献に記載されるものがある。このうち特許文献1では、基板の内部に改質領域を生成し、この改質領域が形成されている部分に外力を加えて基板を分割することが開示されている。また、特許文献2では、基板の厚さ方向に改質領域を複数形成し、その部分に外力を加えて基板を分割することが開示されている。また、特許文献3では、レーザビームの偏光方向の長軸と走査方向を一致させることが開示されている。
ところで、例えば液晶表示パネルに使用されるTFT(Thin Film Transistor)素子基板として、接着剤層を介して二枚の石英基板を貼り合わせて分割対象基板とし、前記各特許文献に記載されるように、この分割対象基板にレーザビームを照射して改質領域を生成し、外力を加えて基板を分割しようとする場合に、接着剤層にレーザビームが集光すると気泡が発生し、この気泡がTFT画素領域にまで及んで表示不良の原因となることが分かった。しかしながら、前記各特許文献には、このような接着剤層の気泡の発生を有効に防止する対策が開示されていない。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、接着剤層を介して貼り合わされた基板に対して、気泡を発生させることなく分割することが可能な基板分割方法及び表示装置の製造方法を提供することを目的とするものである。
By the way, for example, as a TFT (Thin Film Transistor) element substrate used in a liquid crystal display panel, two quartz substrates are bonded together through an adhesive layer to form a substrate to be divided, as described in each of the above patent documents. When the substrate to be divided is generated by irradiating the substrate to be divided with the laser beam and the substrate is divided by applying an external force, bubbles are generated when the laser beam is condensed on the adhesive layer. It has been found that it causes display defects even in the TFT pixel region. However, the above-mentioned patent documents do not disclose measures for effectively preventing the generation of bubbles in the adhesive layer.
The present invention has been made paying attention to the above problems, and a substrate dividing method capable of dividing a substrate bonded via an adhesive layer without generating bubbles, and An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a display device.
本発明の基板分割方法は、接着剤層を介して貼り合わされた一対の基板に対して、レーザ光を照射して一対の基板を分割する基板分割方法であって、接着剤層内又は接着剤層近傍のエネルギー密度が小さく、且つ接着剤層よりもレーザ光照射方向先方のエネルギー密度が大きくなるようにレーザ光の収差補正を行うことを特徴とするものである。
この発明によれば、接着剤層内又は接着剤層近傍のエネルギー密度が小さく、且つ接着剤層よりもレーザ光照射方向先方のエネルギー密度が大きくなるようにレーザ光の収差補正を行う構成としたため、接着剤層に気泡を発生させることなく、基板を分割することが可能となる。
The substrate dividing method of the present invention is a substrate dividing method for dividing a pair of substrates by irradiating a pair of substrates bonded via an adhesive layer with a laser beam. The laser beam aberration correction is performed so that the energy density in the vicinity of the layer is small and the energy density in the laser beam irradiation direction ahead of the adhesive layer is increased.
According to the present invention, since the energy density in the adhesive layer or in the vicinity of the adhesive layer is small and the aberration correction of the laser light is corrected so that the energy density ahead of the laser light irradiation direction is larger than the adhesive layer. The substrate can be divided without generating bubbles in the adhesive layer.
また、本発明の基板分割方法は、レーザ光を一対の基板に照射することによって一対の基板の厚さ方向に複数層の改質領域を形成し、一対の基板に外力を加えることで一対の基板を分割することを特徴とするものである。
この発明によれば、レーザ光を一対の基板に照射することによって一対の基板の厚さ方向に複数層の改質領域を形成し、一対の基板に外力を加えることで一対の基板を分割する構成としたため、接着剤層に気泡を発生させることなく、基板を確実に分割することができる。
また、本発明の基板分割方法は、レーザ光がフェムト秒レーザ、ピコ秒パルスレーザ、又はYAGレーザの何れかであることを特徴とするものである。
Further, the substrate dividing method of the present invention forms a plurality of modified regions in the thickness direction of a pair of substrates by irradiating the pair of substrates with laser light, and applies an external force to the pair of substrates. The substrate is divided.
According to the present invention, a plurality of modified regions are formed in the thickness direction of a pair of substrates by irradiating the pair of substrates with laser light, and the pair of substrates is divided by applying an external force to the pair of substrates. Since it was set as the structure, a board | substrate can be divided | segmented reliably, without generating a bubble in an adhesive bond layer.
The substrate dividing method of the present invention is characterized in that the laser beam is any one of a femtosecond laser, a picosecond pulse laser, and a YAG laser.
この発明によれば、レーザ光がフェムト秒レーザ、ピコ秒パルスレーザ、又はYAGレーザの何れかであることとしたため、基板の分割に適したレーザを用いて基板を分割することができる。
また、本発明の表示装置の製造方法は、前記本発明の基板分割方法で一対の基板から表示装置用基板を分割することを特徴とするものである。
この発明によれば、前記本発明の基板分割方法で一対の基板から表示装置用基板を分割する構成としたため、接着剤層に気泡のない基板で表示装置を製造することができる。
According to the present invention, since the laser light is any one of a femtosecond laser, a picosecond pulse laser, or a YAG laser, the substrate can be divided using a laser suitable for dividing the substrate.
The display device manufacturing method of the present invention is characterized in that a substrate for a display device is divided from a pair of substrates by the substrate dividing method of the present invention.
According to this invention, since the display device substrate is divided from the pair of substrates by the substrate dividing method of the present invention, the display device can be manufactured using a substrate having no bubbles in the adhesive layer.
次に、本発明の基板分割方法及び表示装置の製造方法の実施形態について、図面を用いて説明する。本実施形態は、液晶表示装置を構成する液晶表示パネルを製造する工程において、当該液晶表示パネルに使用されるTFT素子基板をウエハ状の分割対象基板から切出す(分割する)ものである。ちなみに、液晶表示パネルは、周知のように、TFT素子を有する素子基板、対向電極を有する対向基板、及び両基板間の隙間に充填された液晶などを備えて構成される。 Next, embodiments of the substrate dividing method and the display device manufacturing method of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, in the process of manufacturing a liquid crystal display panel constituting a liquid crystal display device, a TFT element substrate used in the liquid crystal display panel is cut out (divided) from a wafer-shaped substrate to be divided. Incidentally, as is well known, a liquid crystal display panel includes an element substrate having a TFT element, a counter substrate having a counter electrode, and liquid crystal filled in a gap between the two substrates.
図1には、分割される直前の分割対象基板の平面図を示す。この分割対象基板には、複数の石英基板を貼り合わせてなり、図示しない画素電極なども形成されている。図2には、分割対象基板をレーザ光(ビーム)で分割するレーザスクライブ方法の概念図を示す。同図では、分割対象基板4の一例として、厚さ1.2mmの素子用石英基板1の上方に厚さ1.1mmの防塵用石英基板2を、接着剤層3を挟んで貼り合わせたものを示している。そして、この分割対象基板4の、主として石英基板1,2に、後述するレーザビーム照射装置からレーザビームを照射集光して改質領域を生成し、これを所定の分割断面の厚さ方向に複数層形成し、その後、外力を加えて基板を分割する。
FIG. 1 shows a plan view of a substrate to be divided immediately before being divided. A plurality of quartz substrates are bonded to the division target substrate, and pixel electrodes and the like (not shown) are also formed. FIG. 2 is a conceptual diagram of a laser scribing method for dividing a substrate to be divided with laser light (beam). In the figure, as an example of the
図3には、レーザビーム照射装置の概略構成を示す。このレーザビーム照射装置10は、レーザビームを出射するレーザ光源11と、出射されたレーザビームを反射するダイクロイックミラー12と、反射したレーザビームを集光する集光レンズ13とを備えている。また、このレーザビーム照射装置10は、前述した分割対象基板4を載置するステージ17と、ステージ17を集光レンズ13に対して水平面直交2軸方向、即ち図3に記載のX軸及びY軸方向に移動させるX軸スライド部20及びY軸スライド部21と、ステージ17に載置された分割対象基板4に対して、集光レンズ13の高さ方向、即ち図3に記載のZ軸方向の位置を変えてレーザビームの集光点の位置を調整するZ軸スライド機構14と、集光レンズ13と分割対象基板4との間に光軸に対して直交するように配置され、レーザビームの収差を補正する石英ガラス板16と、ダイクロイックミラー12を挟んで集光レンズ13と反対側に位置する撮像装置22とを備えている。
FIG. 3 shows a schematic configuration of the laser beam irradiation apparatus. The laser
また、このレーザビーム照射装置10は、前記各構成を制御するメインコンピュータ30を備えており、メインコンピュータ30にはCPUや各種メモリの他に、撮像装置22で撮像した画像情報を処理する画像処理部34を備えている。撮像装置22は、同軸落射型光源とCCD(固体撮像素子)とが組み込まれており、同軸落射型光源から出射した可視光は、集光レンズ13を透過して焦点を結ぶ。また、このメインコンピュータ30には、レーザ加工の際に用いられる各種加工条件のデータを入力する入力部35と、レーザ加工時の各種情報を表示する表示部36とが接続されている。また、レーザ光源11の出力やパルス幅、パルス周期を制御するレーザ制御部31と、Z軸スライド機構14を駆動して集光レンズ13のZ軸方向の位置を制御するレンズ制御部32と、X軸スライド部20とY軸スライド部21を夫々レール18,19に沿って移動させるサーボモータ(不図示)を駆動するステージ制御部33とが接続されている。
The laser
集光レンズ13をZ軸方向に移動させるZ軸スライド機構14には、移動距離を検出可能な位置センサが内蔵されており、レンズ制御部32は、この位置センサの出力を検出して集光レンズ13のZ軸方向の位置を制御可能となっている。従って、撮像装置22の同軸落射型光源から出射した可視光の焦点が分割対象基板4の表面に一致するように集光レンズ13をZ軸方向に移動させれば、分割対象基板4の厚さを計測することが可能である。
The Z-
レーザ光源11としては、例えばチタンサファイヤを固体光源とするレーザビームをフェムト秒のパルス幅で出射する、所謂フェムト秒レーザが用いられる。この場合、パルスレーザビームは、波長分散特性を有しており、中心波長が800nm、パルス幅は凡そ300fs(フェムト秒)、パルス周期は5kHz、出力は凡そ1000mWである。レーザ光源11には、これに代えて、ピコ秒パルスレーザ(中心波長:800nm、パルス幅:3ps、平均出力:1W)やYAGレーザ(波長:355nm、パルス幅:35ns、平均出力:10W)を用いることも可能である。
As the
集光レンズ13は、例えば倍率100倍、開口数(NA)0.8、WD(Working Distance)3mmの対物レンズである。集光レンズ13は、Z軸スライド機構14から延設されたスタンドアーム14aによって支持されている。また、Z軸スライド機構14と共に移動するモータ15には回転アーム15aが延設され、この回転アーム15aの端部に石英ガラス板16が取付けられている。従って、レンズ制御部32は、Z軸スライド機構14を駆動すると共に、モータ15を駆動して回転アーム15aをZ軸回りに回転させることにより、集光レンズ13の開口部13aの前面に石英ガラス板16を挿入可能となっている。
The
また、本実施形態のレーザビーム照射装置には、図示しない反射型距離計測装置が搭載されている。この反射型距離計測装置は、例えば図2に示す分割対象基板4の防塵用石英基板2の上面までの距離、同じく防塵用石英基板2の下面までの距離(接着剤層3の上面までの距離)、素子用石英基板1の上面までの距離(接着剤層3の下面までの距離)、素子用石英基板1の下面までの距離を計測することができ、これにより夫々の基板や接着剤層の厚さを検出することができる。
In addition, the laser beam irradiation apparatus of this embodiment is equipped with a reflection type distance measuring device (not shown). This reflection type distance measuring device is, for example, a distance to the upper surface of the dust-
なお、本実施形態では、ステージ17は、Y軸スライド部21に支持されているが、X軸スライド部20とY軸スライド部21との位置関係を逆転させてX軸スライド部20にステージ17が支持される形態としてもよい。また、θテーブルを介してステージ17をY軸スライド部21に支持することが好ましい。これによれば、分割対象基板4を光軸に対してより垂直な状態とすることが可能となる。
In the present embodiment, the
このレーザビーム照射装置10では、前述したように、分割対象基板4の主として石英基板1,2にレーザビームを照射し、その焦点部分に改質領域を生成し、それを所定断面の厚さ方向に複数層形成した後、外力を加えて分割する。改質領域を分割対象基板4の厚さ方向に複数層形成する場合には、例えば前記特許文献2に記載されるように、レーザビームの照射方向先方から順に改質領域の層を形成する。また、その際、収差補正手段としての石英ガラス板16を用い、例えば特開平2007−021556号公報に記載されるように、レーザビームの集光領域を長くして、つまりエネルギー密度の高い領域を長くして改質領域を厚さ方向に長くすることが行われている。
In this laser
レーザビームの集光領域を長くする、一般的な収差補正の概念を図4に示す。この例では、例えば集光レンズ13の開口部外側のレーザビームが照射方向手前側で集光し、内側のレーザビームが照射方向先方で集光するような収差補正を行う。この場合、レーザビームの集光領域が長くなると共に、その集光領域では、レーザビーム照射方向手前側のエネルギー密度が大きく、照射方向先方のエネルギー密度が小さくなる傾向にある。図5には、このような収差補正によって生成された改質領域の形状を示す。同図から明らかなように、エネルギー密度の大きいレーザビーム照射方向手前側の改質領域は断面積が大きく、エネルギー密度の小さいレーザビーム照射方向先方の改質領域は断面積が小さい。このような改質領域の形状は、例えば図5の左右両端に上側から曲げモーメントを加えて基板を分割する際、基板の破断を容易にする。
FIG. 4 shows a general aberration correction concept that lengthens the condensing region of the laser beam. In this example, aberration correction is performed such that, for example, the laser beam outside the aperture of the
しかしながら、このように収差補正された形状のレーザビーム集光領域が、例えば図6に示すように、接着剤層3にかかってしまうと、例えば図7に示すように気泡が発生してしまう。前述したように、改質領域は、分割対象基板4のうち、レーザビーム照射方向先方から形成するので、接着剤層3よりもレーザビーム照射方向先方に改質領域が形成された後では、レーザビーム集光領域の上端部、つまり照射方向手前側であって且つエネルギー密度の大きい部分が接着剤層3にかかり易くなる。つまり、単に集光領域を長くする通常の収差補正では、エネルギー密度の大きい部分が接着剤層3にかかって気泡が発生してしまい易くなる。
However, when the laser beam condensing region having the shape corrected in this way is applied to the
この気泡の発生メカニズムは、未だ完全に解明されたわけではないが、接着剤層3内でレーザビームが集光すると、その部分の圧力が増大し、それが接着剤層3内で進展する際、基板1,2が接着剤層3から浮き上がり、そこに気泡が入り込むと考えられる。ちなみに、この気泡は接着剤層3と基板1,2との間に発生して進展し、TFT画素領域にまで及んで表示不良の原因となる。なお、このような気泡の発生を回避するためには、接着剤層3直下、つまり素子用石英基板1の上面近傍にレーザビームを集光せず、改質領域を生成しないことも考えられる。しかしながら、素子用石英基板1の上面近傍に改質領域がないと、例えば図2の分割対象基板4の左右端部に上方から曲げモーメントを加えて分割しようとしても、接着剤層3と素子用石英基板1とがずれるだけで、所定の分割面で分割対象基板4を分割することができない。また、この気泡発生のメカニズム或いは気泡抑制方法について鋭意検討した結果、仮に接着剤層3でレーザビームが集光しても、そのエネルギー密度が小さければ、気泡は発生しにくいことも明らかになった。
The generation mechanism of this bubble has not been completely elucidated yet, but when the laser beam is condensed in the
そこで、本実施形態では、例えば図8に示すように、集光レンズ13の開口部外側のレーザビームが照射方向先方で集光し、内側のレーザビームが照射方向手前側で集光するような収差補正を行うことにより、レーザビーム照射方向手前側でエネルギー密度が小さく、レーザビーム照射方向先方でエネルギー密度が大きくなるような集光領域を形成する。但し、このような収差補正では、実際には、更にそのレーザビーム照射方向先方でエネルギー密度が次第に小さくなる。図9には、こうした収差補正による集光領域が生成した改質領域の形状を示す。同図から明らかなように、エネルギー密度の小さいレーザビーム照射方向手前側の改質領域は断面積が小さく、エネルギー密度の大きいレーザビーム照射方向先方の改質領域は断面積が大きく、そこからエネルギー密度の漸進的な縮小に伴って断面積も次第に小さくなっている。
Therefore, in the present embodiment, for example, as shown in FIG. 8, the laser beam outside the opening of the
従って、例えば図10に示すように、接着剤層3の直下、つまり素子用石英基板1の上面近傍に改質領域を生成する際には、前述のような収差補正を行うことにより、レーザビーム照射方向手前側でエネルギー密度が小さく、レーザビーム照射方向先方でエネルギー密度が大きくなるような集光領域を形成して改質領域を生成し、これを所定分割面方向に走査して順次改質領域を増加する。素子用石英基板1の上面の位置は、前述した反射型距離計測装置によって正確に検出されているので、集光領域の上端部、即ち照射方向最後端部が接着剤層3にかからないようにすることは容易であるし、仮に集光領域の照射方向後端部が接着剤層3にかかったとしても、その部分はエネルギー密度が小さいため、気泡は発生しない。
Accordingly, for example, as shown in FIG. 10, when the modified region is generated immediately below the
このように、本実施形態の基板分割方法によれば、接着剤層3を介して貼り合わされた一対の基板1,2に対して、レーザ光を照射して一対の基板1,2を分割する基板分割方法であって、接着剤層3内又は接着剤層3近傍のエネルギー密度が小さく、且つ接着剤層3よりもレーザ光照射方向先方のエネルギー密度が大きくなるようにレーザ光の収差補正を行うこととしたため、接着剤層3に気泡を発生させることなく、一対の基板1,2を分割することが可能となる。
As described above, according to the substrate dividing method of the present embodiment, the pair of
また、レーザ光を一対の基板1,2に照射することによって一対の基板1,2の厚さ方向に複数層の改質領域を形成し、一対の基板1,2に外力を加えることで一対の基板1,2を分割することとしたため、接着剤層3に気泡を発生させることなく、一対の基板1,2を確実に分割することができる。
また、レーザ光がフェムト秒レーザ、ピコ秒パルスレーザ、又はYAGレーザの何れかであることとしたため、基板の分割に適したレーザを用いて基板を分割することができる。
また、前記本実施形態の基板分割方法で一対の基板1,2から表示装置用基板を分割することとしたため、接着剤層に気泡のない基板で表示装置を製造することができる。
Further, a plurality of modified regions are formed in the thickness direction of the pair of
Further, since the laser light is any one of a femtosecond laser, a picosecond pulse laser, or a YAG laser, the substrate can be divided using a laser suitable for dividing the substrate.
Further, since the display device substrate is divided from the pair of
1 素子用石英基板、2 防塵用石英基板、3 接着剤層、4 分割対象基板、10 レーザビーム照射装置。 1 quartz substrate for element, 2 quartz substrate for dust prevention, 3 adhesive layer, 4 substrate to be divided, 10 laser beam irradiation device.
Claims (4)
前記接着剤層内又は前記接着剤層近傍のエネルギー密度が小さく、且つ前記接着剤層よりも前記レーザ光照射方向先方のエネルギー密度が大きくなるように前記レーザ光の収差補正を行うことを特徴とする基板分割方法。 A substrate dividing method for dividing a pair of substrates by irradiating a pair of substrates bonded via an adhesive layer with laser light,
Aberration correction of the laser beam is performed so that the energy density in the adhesive layer or in the vicinity of the adhesive layer is small and the energy density ahead of the laser beam irradiation direction is larger than the adhesive layer. Substrate dividing method.
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