CN101949002B - 镀膜装置与其蒸发源装置,及其蒸发源容器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及镀膜装置、蒸发源装置,及其蒸发源容器。在真空内向被蒸镀基板表面包覆蒸镀材料的镀膜装置中使用的蒸发源装置具有加热箱(210),该加热箱在其外部具有加热器(71H),在其内部形成空间,在垂直方向层叠并容纳多个蒸发源容器(220);各蒸发源容器具有:由高导热材料构成的容器(221),其断面形成为大致“U”字形,并且在大致中央部形成用于放出气体的贯通孔(222),并以围绕该贯通孔的方式形成;覆盖容器的上面开口,由高导热材料构成的盖体(225);将在容器内产生的蒸镀材料的气体通过间隙引导到贯通孔,集中到设于上述加热箱上部的导向部(212),通过喷出孔(213)供应到被蒸镀基板(100)的表面。
Description
技术领域
本发明涉及镀膜装置和蒸发源装置,尤其是关于适合制造有机EL器件等的镀膜装置、蒸发源装置,及其蒸发源容器。
背景技术
作为制造有机EL器件用的主要的方法有真空蒸镀法。利用这种真空蒸镀法制造有机EL器件时,尤其是、在玻璃板等被蒸镀基板的表面形成以电极夹持的发光材料层(EL层)的镀膜装置中,广泛使用了在真空室内,将配置在与该被蒸镀基板相对的位置,使其位置互相移动并进行加热而气化了的气体状(或蒸汽状)的EL材料蒸镀于基板表面的镀膜装置。
例如,下面的专利文献1,公开了通过简单的结构可以供应稳定的气体状EL材料的坩埚的结构,并记载了利用节流孔控制压力,可供应稳定的蒸汽。
另外,下面的专利文献2,公开了用于向被蒸镀基板的表面供应不同材料的蒸镀装置,并记载了蒸镀装置具有多个(两个)蒸发用容器,由配置成同心状的不同的喷嘴将保存在各容器内的蒸发材料蒸镀在玻璃基板上。
再者,下面的专利文献3公开了,减轻作为蒸发源的坩埚对蒸镀掩膜的辐射热的坏影响,即通过具有抑制蒸镀掩膜热膨胀的结构的同时,在向长边方向延伸的坩埚的上表面设置多个孔,从而在被蒸镀基板的下侧表面蒸镀蒸镀材料的蒸镀装置。
而且,下面的专利文献4提出了如下的蒸镀源的方案,与上述专利文献3同样地将在向长边方向延伸的坩埚即蒸镀源容器平行地排列多个,能以更高的速率蒸镀蒸镀材料的蒸镀源。
又,下面的专利文献5公开了,在真空蒸镀装置中,在蒸发源容器上设有用于隔开并容纳升华性蒸镀材料的隔壁,从而在采用电阻加热蒸镀法利用蒸发源加热升华性蒸镀材料时,不会因加热而破坏固态的升华性蒸镀材料。
又,下面的专利文献6,提出了为均匀地形成大面积的薄膜,利用以覆盖 蒸镀源的沟槽的方式安装并具有多个的孔的掩模的薄膜成形装置的方案。
专利文献1:日本特开2007-186787号公报
专利文献2:日本特开2005-336527号公报
专利文献3:日本特开2004-214185号公报
专利文献4:日本特开2007-46100号公报
专利文献5:日本特开2004-68081号公报
专利文献6:日本特开2003-160855号公报
但是,在作为蒸发源容器的坩埚内加热在有机EL器件的制造中所必须的薄膜物质,即EL材料,以供应气化的气体(或蒸汽)时,由于是非常昂贵又容易发生热老化的材料,因此希望在容器内不残留该EL材料,气化其全部进行供应,并且,尤其是近年来对大型基板蒸镀EL材料时,需要将蒸镀材料的热损坏限制在最小限度而以高速率进行气化,因此,需要一种蒸镀材料的气化装置,用以向填充到蒸发源容器内的所有蒸镀材料有效地进行传热,以低温加热而可以得到高速率。
与之相比,在上述现有技术中,例如上述专利文献4虽然与上述专利文献3同样地记载了平行地排列多个向长边方向延伸的坩埚,以高速率蒸发蒸镀材料,但都没有提出有关用于实现有效地对坩埚中的蒸镀材料进行传热,并以高速率蒸发蒸镀材料的结构。
发明内容
因此,鉴于上述现有技术中还存在的问题,由于其价格昂贵而且材料容易加热老化,因此本发明的目的在于提供一种镀膜装置和蒸发源装置,以及相应的新型的蒸发源容器的结构,即使以较低的温度加热残留在容器内的材料量也少,即,可以有效地气化、蒸发蒸镀材料,并且这时也不会使加热温度过度地上升,可以长时间地进行高纯度且高速率的镀膜处理。
为达到上述目的,根据本发明,首先,提供一种镀膜装置,其用于在真空内向被蒸镀基板表面包覆蒸镀材料,其具有:真空室;在所述真空室内,加热所述蒸镀材料而产生该蒸镀材料的气体的装置;将来自产生所述气体的装置的蒸镀材料的气体供应到所述被蒸镀基板表面的蒸发源装置,所述蒸发源装置将多个蒸发源容器在垂直方向层叠一层以上构成。
另外,根据本发明,还是为达到上述目的,提供一种蒸发源装置,这是镀膜装置的蒸发源装置,其具有:在内部形成空间,并且在其外部安装了发热装置的加热箱;以及在所述加热箱的空间内,在垂直方向层叠并容纳的一个以上的蒸发源容器;所述蒸发源容器分别在其中央部具有用于引导在该容器内产生的蒸镀材料的气体的贯通孔,并且,所述加热箱具有导向部,该导向部形成于加热箱上部,用于收集从所述蒸发源容器通过所述贯通孔汇集的蒸镀材料的气体并向规定方向供应,并且在该导向部的一部分具有用于向规定方向供应该蒸镀材料的气体的开口部。而且,按照本发明,在上述蒸发源装置中,优选上述开口部形成于上述导向部的侧壁上,或者,优选在上述加热箱的空间内,在垂直方向层叠并容纳的一个以上的蒸发源容器在水平方向也并列配置多个。
再有,根据本发明,还是为达到上述目的,提供一种蒸发源容器,其构成蒸发源装置的坩埚,蒸发源容器具有:由高导热材料构成的容器,其断面形成为大致“U”字形,并且在容器的大致中央部形成用于放出气体的垂直方向的贯通孔,并以围绕着该贯通孔的方式形成;覆盖所述容器的上面开口,并由高导热材料构成的盖体;以及至少形成于所述坩埚及所述盖体之一上,用于将在所述容器内产生的蒸镀材料的气体引导到所述贯通孔的间隙部。而且,按照本发明,在上述蒸发源容器中,优选上述盖体落入到上述容器的上面开口部中,或者,上述容器兼用于层叠的下部容器的盖体,或者,由上述断面形成为大致“U”字形的上述容器围绕而形成的垂直方向的上述贯通孔向水平方向延伸地形成,或者,上述断面形成为大致“U”字形的容器,设有用于将其内部分割成多个开间的隔壁,。
本发明的效果如下,即,根据上述的本发明的镀膜装置、蒸发源装置以及相应的蒸发源容器,可以通过比较简单的结构,以少量的残留并有效地将高价的EL材料加热、气化,并且不使加热温度上升,能以高品质且高速率地进行供应,通过利用这些,从而发挥能以高的效率、廉价而大量地制造性能优良的有机EL器件这种优良的效果。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式的镀膜装置的大概结构的剖视图。
图2是表示上述镀膜装置的板的移动机构的一个例子的局部立体图。
图3是表示上述镀膜装置的蒸发源装置的移动机构的一个例子的剖视图及俯视图。
图4是表示本发明的蒸发源装置的整体结构的包含部分断面的立体图。
图5是表示构成上述蒸发源装置的本发明的蒸发源容器的整体结构的分开立体图。
图6是为说明上述蒸发源容器的使用方法,上述蒸发源容器收放于上述蒸发源装置的加热箱内的状态的剖视图。
图7是表示上述蒸发源容器的变形例的剖视图。
图8是表示上述蒸发源容器的其他变形例的剖视图。
图9是表示上述蒸发源容器的又一变形例的剖视图。
图中:
10...真空室,11...镀膜室,100...基板,20...蒸发源装置,71H...加热器,210...加热箱,211...空洞(空间)部,212...导向部,213...喷出孔,220...蒸发源容器,221...容器(坩埚),222...贯通孔,223...隔壁,224...支脚部,225...盖体,226...开口。
具体实施方式
下面,参照附图,详细说明本发明的实施方式。
首先,附图1是表示有机EL器件的制造装置的,尤其是在玻璃板等被蒸镀基板的表面形成以电极夹持的发光材料层(EL层)用的装置,即所谓镀膜装置的大概结构的剖视图。图中,标记10表示真空室,该真空室10的内部形成为保持10-3~10-5Pa左右的真空度的镀膜室11。并且,例如,在其他工序中在其表面上形成电极后,被蒸镀基板100通过设于真空室10的一部分(在本例中为图的左下部)的闸阀12,送入该镀膜室11内,也如图所示,装载在板13上的同时,利用保持机构14保持在板13上。而且,在与该板12的装载有基板12的面相反一侧的面上装载有磁体·冷却板15,在该磁体·冷却板15中有例如水等冷媒流过,可以冷却装载在相反一侧的面上的基板100。
之后,在镀膜室11内,如图中箭头所示,基板100在保持在板13上的状态下,通过如下图示的移动机构移动到规定位置(在本例中,基板100与板13共同立起,成直立状态的位置)。而且,图中的标记16表示配置在上述真 空室10的一部分(上下),并用于确认基板100的排列状态的定位照相机。
并且,如图中所表明的,在上述状态下,下面说明其详细结构的蒸发源装置20位于与上述基板100相对的位置,并通过下面图示的移动装置上下移动,向该基板100的表面供应用于形成有机EL器件的发光材料层(EL层)的被气化了(气体状)的EL材料,因此在被蒸镀基板100的表面形成所需的EL层。另外,附图标记17表示,含有在蒸镀EL材料时配置在基板100表面的框体和片材的掩膜,及由该掩膜的冷却板构成的构件(下面简称为“掩膜冷却板17”)。
还有,利用本装置制造的有机EL发光元件,可以将形成于阳极与阴极之间的发光有机层大致分为三种基本结构。即,(1)由阳极-空穴输送层-发光层-阴极构成的单异质结构,(2)由阳极-空穴输送层-发光层-电子输送层-阴极构成的双异质结构,(3)由阳极-空穴注入层-空穴输送层-发光层-电子输送层-电子注入层-阴极构成的PIN结构。
下面,说明在前面的工序中形成了透明的阳极的被称为底部发射的元件的制作。
事先在基板上形成阳极。作为阳极可以使用功函数大的材料,较佳的是IPO(铟·锡氧化物)或IZO(铟·锌氧化物)等薄膜状的透明的膜材料。
在最简单的单异质结构的情况下,在形成于基板上的作为阳极的透明电极上按照空穴输送层和发光层的顺序分别通过真空蒸镀层叠薄膜,最后通过蒸镀或溅射层叠阴极。这时构成空穴输送层的材料使用有机材料,可列举例如,α-NPB、聚乙烯基咔唑PVK-(poly(N-vinyl carbazole))、STB、PDA、酞菁铜(CuPc-(Phthalocya(nine Copper))、三苯胺衍生物(TPAC-(1,1-Bis[4-[N,N-di(p-tolyl)amino]phenyl]cyclohexane))、二(元)胺衍生物(TPD-(N,N’-diphenyl-N,N’-(3-methylphenyl))等。构成发光层的材料也是有机材料,可列举例如,二(苯并喹啉)铍络合物Bebq2、铝络合物Alq3(三(8-羟基喹啉)铝)等,为调整发光色,可以与其他辅助材料一起蒸镀。
阴极可以使用例如铝、银、镁、锂、钙、铯等金属材料,以单独蒸镀或共蒸镀形成阴极膜。这些金属材料也可以通过溅射进行镀膜。
双异质结构,在单异质结构的发光层和阴极之间增加了电子输送层。该电子输送层的材料可列举例如TPOB、Alq3、噁二唑衍生物PBD(2-(4-biphenylyl)-5-(4-tert-butylohenyl)-1,3,4-oxadiazole)、1,2,3-三唑衍生物TAZ、OXD、BND(2,5-Bis(1-naphthyl)-1,3,4,-oxadiazole)、Bath、(亚铅ゼンゾチアゾ一ル)络合物Zn(BTZ)、噻咯(シロ-ル)衍生物等有机材料。
PIN结构时,在阳极与空穴输送层之间增加空穴注入层、在阴极与电子输送层之间增加电子注入层。这些也是有机材料,通过真空蒸镀形成。
作为构成空穴注入层的材料,可以列举例如,
m-MTDATA(4,4’,4”-tris(3-methylphenylamino)triphenylamine)、
1-TNATA((4,4’,4”-tris(1-naphthylphenylamino)triphenylamine))、
2-TNATA((4,4’,4”-tris(2-naphthylphenylamino)triphenylamine))等。
作为构成电子注入层的材料,可以列举例如,LiF、CsBr(溴化铯)、BCP(2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-平henanthroline)等。还可以通过铝和锂的共同蒸镀来形成电子注入层。
附图2表示了上述板12的移动机构(具体而言是转动装机构)的一例。图中,该转动机构具有固定于上述磁体·冷却板15的侧面的臂部42和固定于该臂部的一端的旋转轴41,该旋转轴通过真空密封部93S延伸到真空室10的外部(大气侧),而且,可以借助于设在大气侧的旋转用电动机93M和齿轮93H1,93H2向图中箭头A的方向旋转。在该图中,标记43,44是用于向上述磁体·冷却板15引入冷却水的冷却水管,标记60是用于控制旋转用电动机93M的控制装置。
另外,附图3表示在镀膜室11内,用于上下移动上述蒸发源装置20的移动机构的一例。图3(A)是包含基板100、蒸发源装置20的移动机构的剖视图,图3(B)是从该图3(A)中箭头B的方向观察移动机构的俯视图。
从这些图可知,蒸发源装置20可滑动地保持在用于在上下方向导向的一对导轨76,76上,并且通过由用连接部73连接的一对联杆51,52构成的上下驱动机构72在上下方向驱动。即,上下驱动机构72具有:设在大气侧的驱动电动机72M;利用该电动机72M旋转驱动,并利用密封部72S真空密封的旋转部72C;固定于该旋转部并同步旋转的滚珠丝杠72P;以及固定于蒸发源 装置20,借助于滚珠丝杠72P的旋转而使蒸发源装置上下移动的导向装置72G等。
尤其是,图3(A)表示真空密封的一例,即表示联杆51和联杆52的连接部53的真空密封结构,对于该图中的连接部53,虽然在此没有表示,但一侧的联杆51利用例如横向滚子轴承可相对旋转地保持在另一侧联杆52上,并且,通过填料及垫圈(O形环)被真空密封,从而在其内部形成中空的旋转部。利用这种结构,真空侧和大气侧完全被隔离,并且,可以通过该中空部在真空室10内敷设配线54。
即,蒸发源装置20处于真空环境中,并具有:下面要叙述的多个蒸发源容器,以及加热蒸镀材料用的加热器71H,检测蒸发温度的温度传感器71S。;另一方面,配置于大气环境中的控制装置60,通过上述配线54输入来自温度传感器71S的温度检测信号,以此控制供应给加热器71H的电力(加热温度),从而可以按需要的蒸发速度,稳定地得到从蒸发源装置20气化了的(气体状的)EL材料。
图4表示的是为表示上述蒸发源装置20的整体结构的包含部分断面的立体图。如该图所表明的,蒸发源装置20的宽度W’与被蒸镀基板100的宽度W(参见图2)大体相同,或比其稍大(W’≥W),蒸发源装置20在其周围由安装有该图中未示的加热器71H(参见图3、图6)的加热箱210和收放于该加热箱内部的多个蒸发源容器220,220...构成。
该加热箱210是由例如铜、不锈钢、铝等导热性好的金属材料形成,其内部具有重叠收放上述多个蒸发源容器220,220...的空洞(空间)部211,同时,在其上部形成有用于收集在容器内产生的气体状的EL材料,并将其向所需要的方向引导(本例中,向水平方向延伸)的导向部212。并且,在该导向部212的侧面(即,与被蒸镀基板100的表面相对的面)以例如等间距地形成有多个圆形的喷出孔213,213...。即,该蒸发源装置20在收放于加热箱210内部的多个蒸发源容器220,220...的各内部中预先容纳有作为EL材料的蒸发(蒸镀)材料,利用加热器71H从周围对其加热而气化了的气体状的EL材料,如图中箭头所示,被引导到加热箱210上部的导向部212,之后,从多个喷出孔213,213...向被蒸镀基板100的表面供应(放出)。
图5以分开的立体图表示收放于上述加热箱210内部的各蒸发源容器220。该蒸发源容器(坩埚)220利用例如以石墨、钼、钨等为代表的所谓高导热材料形成断面为大致“U”字形,以此形成用于在其内部收放蒸发材料的容器(坩埚)221。再有,该断面为“U”字形的容器(坩埚)221以在其中央部形成用于放出气体的横向延伸的贯通孔222的方式形成,即围绕该贯通孔连接形成为环状。又,本例中,在上述连接形成为环状的容器(坩埚)221的内部设有隔壁223,223...,借此,可以分割成多个开间(本例中是四个开间)。
而且,如图中所表明的,在上述容器(坩埚)221的外部的底面,沿着容器(坩埚)221延伸的方向,形成有两条支脚部224,224,其作用在后面进行叙述。上述容器221的上面,设有覆盖其开口部的盖体225。该盖体225也与上述容器(坩埚)221相同由高导热材料形成,其外形形成板状的同时,在其中部形成对应上述贯通孔222的开口226,更具体地说,形成比该贯通孔大的横向较长的开口226。
下面,参照图6对上文已说明其结构的由容器(坩埚)221和盖体225构成的蒸发源容器220的使用方法进行说明。首先,在各容器(坩埚)221的内部放入粉末状的蒸发(蒸镀)材料PM后,在其上面盖上盖体225,以作为蒸发源容器220。将该蒸发源容器220置于上述加热箱210的内部,在垂直方向层叠多个,以构成上述蒸发源装置20并插入作为有机EL器件制造装置的上述镀膜装置的真空室10内(参见上述图1)。该图6是用于表示将上述多个蒸发源容器220,220...容纳于加热箱210内部的状态的局部放大的剖视图。
如该图6所表明的,若在上述状态下对加热箱210的加热器71H供电,则由该加热器71H产生的热,通过导热性好的加热箱210均匀地传递到构成各蒸发源容器220的容器(坩埚)221和盖体225。其结果,利用从容器的内面(底面及侧面)进行的热传递,进而从盖体的内面产生的辐射热,将容纳于各容器(坩埚)221内部的蒸发(蒸镀)材料加热(约300~400℃左右)而使其气化,成为气体状的EL材料。然后,该气化的气体状的EL材料如图中箭头所示,通过安装在容器(坩埚)221上的盖体225的开口而向外部放出。并且,从各蒸发源容器220放出的气化了的(气体状的)EL材料,通过形成于该容器的中央部的排气用的横向较长的贯通孔222,引导到设于加热箱210上 部的导向部212(参见上述图4)。这时,容纳于各蒸发源容器220内的粉末状的EL材料的高度h最好是相比于该容器的高度H(例如,25~30mm左右),约为1/2~1/5的高度(例如,5~15mm左右)。
如以上所表明的,若采用上述的本发明的实施例的蒸发源容器220,则作为容纳于其内部的有机材料的EL材料,可以利用由各容器(坩埚)221内表面传递的热及由盖体225内面辐射的热进行加热,从而从所有的面加热而气化。因此,不像以前那样,高价的EL材料部分未被气化而残留在容器内(残留量少),因此,也不必提高容器(坩埚)的温度,即,能以材料不易老化的较低的温度且高的速率产生气体状的EL材料,能高效地供应优质的气体状的EL材料。另外,上述蒸发源容器220,通过以层叠多个的状态配置在加热箱210的内部,可以将从这些多个蒸发源容器220产生的气体状的El材料集中到导向部212(参见上述图4),因而可以很容易地以高速率得到气化了的(气体状的)EL材料。
此外,在以上的实施例中,如上述图6所表明的,在各容器(坩埚)221的内部被加热·气化了的气体状的EL材料,通过安装在容器(坩埚)221上的盖体225的开口226,还通过由在层叠于盖体225上面的容器(坩埚)221的底面上形成的支脚部224与盖体225之间形成的间隙(空间)引导到贯通孔222而向外部放出。但是,并非必须形成这种支脚部224,例如图7所示,也可以做成不在容器的底面形成支脚部,而在容器(坩埚)221的内侧壁设置间隙227,通过该间隙227将气体状的EL材料引导到贯通孔222而向外部放。
此外,虽然在容器(坩埚)221的底面形成如上所述的支脚部224,但也可以如图8所示,与图7一样,通过在容器(坩埚)221的内侧壁设置间隙227,从而通过该间隙227将气体状的EL材料引导到贯通孔222后,向外部(上方)放出。或者如图9所示,也可以做成使上述盖体225’的外轮廓小于容器(坩埚)221的开口部,做成所谓小于容器口径(陷入)的盖,并在该盖体225’的内端与容器(坩埚)221的内侧壁之间设置间隙S,通过该间隙26将气体状的EL材料引导到贯通孔222而向外部放出。再者,图中的附图标记228表示用于将上述盖体225’支撑于容器(坩埚)221内的规定位置而形成于外壁的内面的突起部。
另外,在上述实施例的说明中,尤其是在图4所示的例中,虽然表示了在构成上述蒸发源装置20的加热箱210的空洞(空间)部211,在垂直方向上层叠多个蒸发源容器220,220...的同时,在水平(宽度)方向上也并列并容纳了两个的结构,但本发明并不限定于此,例如,也可以做成延长各蒸发源容器220的宽度,在垂直方向只层叠一个蒸发源容器220的结构,或者在宽度方向配置三个或三个以上的蒸发源容器220,并且在垂直方向层叠的结构。而且,在后者的情况,将各蒸发源容器220的宽度预先设定为规定的宽度,通过将它们适当地进行组合使用,可以很容易地适应具有不同宽度W的多种类型的被蒸镀基板100,可以做成优良的蒸发源装置20。
Claims (8)
1.一种镀膜装置,用于在真空内向被蒸镀基板表面包覆蒸镀材料,其特征在于,
具有:真空室;
在所述真空室内,加热所述蒸镀材料而产生该蒸镀材料的气体的装置;以及
将来自所述产生气体的装置的蒸镀材料的气体供应到所述被蒸镀基板表面的蒸发源装置,
所述蒸发源装置具有:在内部形成空间,并且在其外部安装了发热装置的加热箱;以及
在所述加热箱的空间内,在垂直方向层叠并容纳的一个以上的蒸发源容器,
分别在所述蒸发源容器的中央部具有用于引导在该容器内产生的蒸镀材料的气体的贯通孔,并且,
所述加热箱具有导向部,该导向部形成于加热箱上部,用于收集从所述蒸发源容器通过所述贯通孔汇集的蒸镀材料的气体并向规定方向供应,并且在该导向部的一部分具有用于向规定方向供应该蒸镀材料的气体的开口部。
2.根据权利要求1所述的镀膜装置,其特征在于,
所述开口部形成于所述导向部的侧壁上。
3.根据权利要求1所述的镀膜装置,其特征在于,
在所述加热箱的空间内,在垂直方向层叠并容纳的一个以上的蒸发源容器在水平方向也并列配置多个。
4.根据权利要求1所述的镀膜装置,其特征在于,
构成蒸发源装置的坩埚的蒸发源容器具有:由高导热材料构成的容器,其断面形成为大致“U”字形,并且在容器的大致中央部形成用于放出气体的垂直方向的贯通孔,并以围绕着该贯通孔的方式形成;
覆盖所述容器的上面开口,并由高导热材料构成的盖体;以及
至少形成于所述坩埚及所述盖体之一上,用于将在所述容器内产生的蒸镀材料的气体引导到所述贯通孔的间隙部。
5.根据权利要求4所述的镀膜装置,其特征在于,
所述盖体落入到所述容器的上面开口部中。
6.根据权利要求4所述的镀膜装置,其特征在于,
所述容器兼用于层叠的下部容器的盖体。
7.根据权利要求4所述的镀膜装置,其特征在于,
由所述断面形成为大致“U”字形的所述容器围绕而形成的垂直方向的所述贯通孔向水平方向延伸地形成。
8.根据权利要求4所述的镀膜装置,其特征在于,
所述断面形成为大致“U”字形的容器,设有用于将其内部分割成多个开间的隔壁。
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