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セグメントディスプレイは、複数のセグメントから構成される表示装置で、これらのセグメントがオンオフを切り替えることで数字や英数字を表示します。セグメントは通常、単一のLEDまたは液晶です。セグメントディスプレイは、デジタル時計やポケット電卓などでよく使用されます。一般的な種類としては、数字のみを表示する7セグメントディスプレイ、数字とラテンアルファベットの両方を表示できる14セグメントディスプレイ、16セグメントディスプレイなどがあります。
7セグメントディスプレイは、数字と一部の文字を表示するディスプレイ装置です。デジタル時計や電卓など、数字を表示する装置によく使用されます。それほど多くはありませんが、英数字情報の表示にも使用されます。7セグメントディスプレイは、ドットマトリクスディスプレイのようにあらゆる文字やグラフィック画像をより良く表示できるディスプレイよりも安価になる傾向があるため、7セグメントディスプレイを使用する設計上の選択は、より豊富な機能を提供するよりもコストを最小限に抑えるためのトレードオフです。 [ 1 ]
数字の7セグメント表示は、1903年（米国特許第1,126,641号）にカール・キンスレーが文字と数字を電信で送信し、セグメント形式でテープに印刷する方法を発明した特許に早くも見られます。1908年には、FWウッドが斜めのバーを使用して数字の4を表示する8セグメントディスプレイを発明しました（米国特許第974,943号）。1910年には、白熱電球で照らされた7セグメントディスプレイが発電所のボイラー室の信号パネルで使用されました。[ 2 ]また、手動ダイヤルから自動ダイヤルへの移行期には、ダイヤルした電話番号をオペレーターに表示するためにも使用されました。[ 3 ] 1970年代にLEDが登場するまで、広く普及することはありませんでした。
初期の7セグメントディスプレイの中には、真空管内の白熱フィラメントを使用したものがあり、これらはニューミトロンとも呼ばれています。[ 4 ]バリエーション（ミニトロン）では、真空ポッティングボックスが使用されました。ミニトロンは、現代のLEDセグメントディスプレイと同様にDIP（デュアルインラインパッケージ）パッケージに収められたフィラメントセグメントディスプレイです。最大16セグメントまで搭載できます。[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]また、LEDや白熱フィラメントの代わりに小型の白熱電球を使用したセグメントディスプレイもありました。これらは現代のLEDセグメントディスプレイと同様に動作しました。[ 8 ]
1970年代には真空蛍光表示管バージョンも使用されていた。 [ 9 ]
初期の（1970年代頃の）LED 7セグメントディスプレイの多くは、各桁が単一のダイ上に構築されていました。そのため、桁が非常に小さくなりました。一部のディスプレイでは、桁の視認性を高めるために拡大レンズが設計に組み込まれていました。[ 10 ] [ 11 ]他の設計では、ディスプレイの各セグメントに1つまたは2つのダイが使用されていました。[ 12 ] [ 13 ]
液晶ディスプレイ（LCD）は、LED 7セグメントディスプレイに取って代わりました。LCDパネルの要素の形状は、フォトリソグラフィーによってディスプレイ上に形成されるため、任意です。一方、LEDセグメントは、物理的に成形する必要があるため、複雑な形状を形成するのが難しく、単純な長方形になる傾向があります。しかし、7セグメントディスプレイは認識しやすく、ドットマトリクス数字に比べて視覚的なコントラストが高いため、7セグメント多桁LCDスクリーンは基本的な電卓で非常に一般的です。
7セグメントディスプレイは、上下逆さまにしたり、セグメントが点灯または消灯したままになったりすると誤読する可能性があるため、重要な情報（つまり、誤読すると健康や安全に危険を及ぼす情報）には推奨されていません。[ 14 ]バックライト付きドットマトリクスLCDは、そのような機器では7セグメントディスプレイにほぼ取って代わりました。
7セグメントディスプレイは、タイプデザイナーにインスピレーションを与え、 New Alphabet 、DB LCD Temp、ION Bなど、そのディスプレイを彷彿とさせる（ただしより読みやすい）書体を制作するきっかけとなった。7セグメントパターンは、ポスターやタグにも使用されることがあり、ユーザーはあらかじめ印刷されたセグメントに色を付けたり、7セグメント数字テンプレートを通して色を付けたりして、製品価格や電話番号などの数字を作成する。
数字を逆さまにしたような限られた文字範囲を使用する7セグメントディスプレイは、小学生が「電卓スペル」と呼ばれる手法を使って単語やフレーズを作るためによく使われています。
7セグメントディスプレイは、液晶ディスプレイ（LCD）、各セグメントに発光ダイオード（LED）、エレクトロクロミックディスプレイ、または冷陰極ガス放電（ネオン）（Panaplex）、真空蛍光灯（VFD）、白熱フィラメント（Numitron）などの他の発光または制御技術を使用する場合があります。ガソリン価格表示板やその他の大型看板には、電磁的に反転する光反射セグメントで構成された電気機械式7セグメントディスプレイが今でも一般的に使用されています。1950年代から1970年代にかけての7セグメントディスプレイの前身は、冷陰極ネオンランプのようなニキシー管でした。1970年から、RCAは、7セグメントディスプレイに配置された白熱フィラメントを使用したNumitron 。 [ 15 ]ソ連では、1964年から製造された最初の電子計算機「Vega」は、7セグメントのエレクトロルミネッセンスディスプレイで20桁の10進数を表示した。 [ 16 ]
シンプルな LED パッケージでは、通常、セグメント LED のすべてのカソード(負極) またはすべてのアノード(正極) が接続され、共通のピンに引き出されます。これは「共通カソード」または「共通アノード」デバイスと呼ばれます。[ 17 ]したがって、7 セグメントと小数点を含むパッケージには 9 本のピンしか必要ありませんが、市販の製品では、標準ICソケットに合わせるために、通常より多くのピン、またはピンが配置されるスペースが含まれています。1 桁または複数桁の統合ディスプレイも存在します。これらの統合ディスプレイの中には、独自の内部デコーダを組み込んでいるものもありますが、ほとんどは組み込んでいません。各 LED は、前述のように接続ピンに引き出されます。
ポケット電卓や同様のデバイスで使用される多桁LEDディスプレイは、ディスプレイの制御に必要なI/Oピンの数を減らすためにマルチプレックスディスプレイを使用していた。たとえば、各桁位置のAセグメントのすべてのアノードはまとめてドライバ回路ピンに接続され、各桁のすべてのセグメントのカソードは接続される。任意の桁の特定のセグメントを操作するには、制御集積回路が選択された桁のカソードドライバと目的のセグメントのアノードドライバをオンにし、短いブランキング期間の後、次の桁が選択され、新しいセグメントが順番に点灯する。このようにして、7セグメントと小数点を持つ8桁ディスプレイは、64個のドライバとICピンの代わりに、8個のカソードドライバと8個のアノードドライバのみを必要とする。[ 18 ]ポケット電卓では、多くの場合、桁駆動線がキーボードのスキャンにも使用され、さらなる節約につながった。ただし、マルチプレックスディスプレイでは、複数のキーを同時に押すと奇妙な結果が生じる。
7つのセグメントは長方形に配置され、各辺に2つの垂直セグメント、上部、中央、下部にそれぞれ1つの水平セグメントがあります。多くの場合、長方形は斜め（傾斜）になっており、読みやすさを向上させています。ほとんどの用途では、セグメントはほぼ均一な形状とサイズ（通常は細長い六角形ですが、台形や長方形も使用できます）ですが、加算機の場合は、読みやすさを向上させるために、垂直セグメントが長く、両端がより奇妙な形状になっています。ディスプレイの7つの要素は、アラビア数字のそれぞれを表すために、さまざまな組み合わせで点灯させることができます。
個々のセグメントは「a」から「g」までの文字で表され、オプションの小数点（「8番目のセグメント」、DPと呼ばれる）が非整数数の表示に使用されることがあります。[ 19 ] [ 17 ] 1バイトで、小数点を含む7セグメントディスプレイの完全な状態をエンコードできます。最も一般的なビットエンコードはgfedcbaとabcdefgです。gfedcba表現では、バイト値0x06でセグメント「c」と「b」がオンになり、「1」が表示されます（
）。
7セグメントディスプレイに表示される最も一般的な文字は、数字の0から9です。これらのそれぞれに使用される最も一般的なパターンは次のとおりです。[ 21 ]
代替パターン: 数字の 1 は左側のセグメントで表され、数字の 6 と 9 は「尾」なしで表され、数字の 7 は「尾」付きで表されます: [ 22 ]
Unicode 13.0では、初期のコンピュータフォントに含まれる7セグメント版の数字を再現するために、レガシーコンピューティング用シンボルブロックにセグメント化された数字0～9の10個のコードポイントが割り当てられました。 [ 23 ]公式リファレンスでは、あまり一般的ではない4セグメントの「7」( )が示されています。
2進符号化10進数（BCD）の0から9までの数字は、その値を保持するために4ビットの2進数を必要とします。4ビット（2 4）は16個の値を保持できるため、16進数（hex）も4ビットで表現できます。[ 24 ] 7セグメントディスプレイのセグメント数が限られているため、16進数のBとDは、それぞれ8（）と0（）との混同を避けるために小文字で表示されます。[ 25 ] [ 26 ] [ 27 ] [ 28 ] 数字「6」も、文字「b」（）との曖昧さを避けるために最上部のセグメントで表示する必要があります。
初期のデコーダICは、できるだけ少ないゲートを使用するように設計され、0～9を生成するだけでよかったため、10～15の数字に対して直感的でないパターンや重複した数字を生成することが多かった[ 29 ] 。
ラテン文字の多くは、7セグメントディスプレイで適切に実装できます。すべての文字が使用できるわけではありませんが、多くの便利な単語を作成できます。単語を慎重に選択することで、使用できない文字を回避できる場合があります。大文字の「B」、「I」、「S」、「Z」、「D」、「O」は、それぞれ数字の「8」、「1」、「5」、「2」、「0」（、、、、）の一般的な7セグメント表示と競合し、小文字の「g」は数字の「9」（）と競合します。大文字のI（ ）は左側に配置することができます（小文字のLがここに示されているように）が、これはあまり行われません。小文字の「b」と「q」は、代替の数字の「6」と「9」（、）と同じです。
以下は、実際の電子機器で見られる英語の単語の例です（最初の行は一部のCDプレーヤーで見られました）。
、、、、、
、、、、、、
、、、、、、
8セグメントディスプレイとは、表示するフォントパターンに応じてオンオフを切り替えることができる8つのセグメントに基づいたディスプレイの一種です。
一例として、初期の電子計算機であるシャープEL-8が挙げられる。8セグメントディスプレイは、7セグメントディスプレイよりも丸みを帯びた数字を表示するため、より「筆記体」のような出力が得られる。ただし、 FとGのバーが統合されるため、表示できるアルファベットの文字数は少なくなるというトレードオフがある（下表参照）。
8セグメントディスプレイでは、セグメントFとGが結合され、角が丸みを帯びているため、アルファベット文字の表示が読みにくくなる場合があります。要素の非対称な配置により、高さが半分の「0」など、独特の「手書き風」の数字スタイルが生まれます。
9セグメントディスプレイは、表示するグラフィックパターンに応じてオン/オフを切り替えることができる9つのセグメントに基づいたディスプレイの一種です。より一般的な7セグメントディスプレイの拡張版であり、上部と中央の間、および下部と水平セグメントの間にそれぞれ1つずつ、合計2つの斜めまたは垂直のセグメントが追加されています。英数字を効率的に表示する方法を提供します。
9セグメントディスプレイに表示される文字は、必ずしも大文字または小文字の形をしているとは限りません。一般的な妥協策として、「N」の代わりに小文字の「n」が使われることがあります。ディスプレイセグメントの設計によっては、Nixxo X-Pageの「背の高い」小文字の「r」と「y」のように、余分な2つのセグメントの使用を可能な限り避ける場合もあります。
1970年代のソ連のデジタル計算機、例えばElektronika 4-71bなどでは、基本的な英数字を表示し、ソ連の郵便番号の数字の表示との混同を避けるために9セグメントディスプレイが使用されていました。
追加された2本のバーは前方に傾いており、適切な見た目のИ（イ）を表示できるとともに、数字の3と文字のЗ（ゾロ）を区別できるようにしている。シャープのCompet電卓は9セグメントディスプレイを採用しており、使用できる文字や記号の種類は限られている。
9セグメントディスプレイは、多くのタイメックスのデジタル時計や、Nixxo XPage [ 30 ] 、 Arch BR502ページャー[ 31 ] 、 Scope Geo N8T [ 32 ]などの一部のページャーで使用されています。また、一部のエプソン スタイラス プリンターやニューポート iSeries デジタルメーター [ 33 ]でも使用されています。iSeriesで使用されているディスプレイは、上部に垂直の追加セグメントがあり、下部の追加セグメントが完全に後ろに傾いているという点で独特です。これにより、R と M がより自然に見えます。
1986年から1989年にかけてバリー社が製造したピンボール台は、9セグメントのスコア表示を使用していた。[ 34 ]
ベンガル数字[ 35 ]とローマ数字を表示するための9セグメントディスプレイが開発されました。
14セグメントディスプレイ（FSD ）は、スターバーストディスプレイまたはユニオンジャックディスプレイとも呼ばれ、[ 36 ] [ 37 ]文字や数字を表示するためにオン/オフできる14セグメントに基づくディスプレイの一種です。これは、より一般的な7セグメントディスプレイの拡張版で、中央の水平セグメントが半分に分割され、さらに4つの対角セグメントと2つの垂直セグメントが追加されています。7セグメントディスプレイは数字や特定の文字には十分ですが、ISO基本ラテンアルファベットを明確に表示するには、より詳細な表示が必要です。[ 38 ]わずかに異なる16セグメントディスプレイは、文字やその他の記号の表示の視認性をさらに高めます。
小数点またはコンマは、追加のセグメント、またはセグメントのペアとして存在することができます。コンマ（多くの地域では3桁のグループ分けや小数点区切り記号として使用されます）は、小数点と、左下方向に伸びる弧状のセグメントを密接に組み合わせることで一般的に形成されます。
電子式英数字表示装置には、 LED、LCD、または蛍光表示管が使用される。LEDタイプは通常、1文字または2文字のパッケージで製造され、システム設計者は用途に応じて文字数を選択できる。
多くの場合、文字ジェネレータを使用して、7ビットASCII文字コードを、14個のセグメントのうちどれをオンまたはオフにするかを示す14ビットに変換します。[ 39 ]
異なる要素に照明を当てることで、異なるキャラクターを表示することができる。
14セグメントディスプレイには、オプションで15番目のセグメントがあり、これは小数点（「DP」と表記される）を表します。
14セグメントディスプレイは、14個の要素によって（「s」などのいくつかの例外を除き）すべてのラテン文字を大文字と小文字の両方で表示できるため、主にテキストの表示に使用されます。
マルチセグメントディスプレイは、フルドットマトリクスディスプレイよりも少ない素子数で動作し、セグメントの形状が適切であれば、より鮮明な文字表示を実現できる。これにより、消費電力とドライバ部品の数を削減できる。
1986年から1991年にかけて、ピンボールマシンには14セグメントのガスプラズマディスプレイが使用され、さらにコンマとピリオドの部分が追加され、合計16セグメントとなっていた。
14セグメントおよび16セグメントディスプレイは、電卓やその他の組み込みシステムで英数字を表示するために使用されていました。現在では、電話の発信者番号表示装置、ジムのトレーニング機器、ビデオデッキ、カーステレオ、電子レンジ、スロットマシン、DVDプレーヤーなどに搭載されたディスプレイとして利用されています。
ドットマトリクスディスプレイパネルが広く普及する以前は、このような表示はピンボールマシンでスコアやその他の情報を表示するために非常に一般的だった。
多セグメント英数字表示は、電気の使用とほぼ同じくらい古い歴史を持つ。1908年の教科書[ 40 ]には、白熱電球と機械式スイッチング機構を用いた英数字表示システムが記載されている。21個の電球はそれぞれ、回転ドラムに設置されたスロット付きバーのセットによって操作されるスイッチに接続されていた。この整流器アセンブリは、ドラムが回転するにつれて異なるスイッチのセットが閉じられ、異なる文字や数字が表示されるように構成できた。この方式は、メッセージを綴る「話す」看板に使用されただろうが、メッセージの各文字ごとに整流器スイッチ、ドラム、電球の完全なセットが必要となり、結果として看板はかなり高価になっただろう。
14セグメントディスプレイには、冷陰極ネオンランプとしていくつかの異なるバージョンが存在する。例えば、バローズ社が製造したタイプの一つは「パナプレックス」と呼ばれていた。白熱電球のようにフィラメントを使用する代わりに、これらは180Vの電位に充電された陰極を使用し、通電されたセグメントが明るいオレンジ色に光る。[ 41 ]
16セグメントディスプレイ（SISD）は、16個のセグメントをオンまたはオフにしてグラフィックパターンを生成できるディスプレイの一種です。これは、より一般的な7セグメントディスプレイの拡張であり、4つの対角線セグメントと2つの垂直セグメントを追加し、3つの水平セグメントを半分に分割しています。その他のバリエーションには、上部または下部の水平セグメントを分割しない14セグメントディスプレイや、ディセンダー付きの小文字を可能にする22セグメントディスプレイ[ 42 ]などがあります。
多くの場合、文字ジェネレータを使用して、7ビットASCII文字コードを、16個のセグメントのうちどれをオンまたはオフにするかを示す16ビットに変換します。[ 43 ]
16セグメントディスプレイは、元々は英数字（ラテン文字とアラビア数字）を表示するために設計されました。その後、タイ数字[ 44 ]やペルシャ文字[ 45 ]の表示にも使用されるようになりました。 このパターンを使用した非電子ディスプレイは、1902年には既に存在していました[ 46 ]。
Before the advent of inexpensive dot-matrix displays, sixteen and fourteen-segment displays were used to produce alphanumeric characters on calculators and other embedded systems. Later they were used on videocassette recorders (VCR), DVD players, microwave ovens, car stereos, telephone Caller ID displays, and slot machines.
Sixteen-segment displays may be based on one of several technologies, the three most common optoelectronics types being LED, LCD and VFD. The LED variant is typically manufactured in single or dual character packages, to be combined as needed into text line displays of a suitable length for the application in question; they can also be stacked to build multiline displays.
As with seven and fourteen-segment displays, a decimal point and/or comma may be present as an additional segment, or pair of segments; the comma (used for triple-digit groupings or as a decimal separator in many regions) is commonly formed by combining the decimal point with a closely 'attached' leftwards-descending arc-shaped segment. This way, a point or comma may be displayed between character positions instead of occupying a whole position by itself, which would be the case if employing the bottom middle vertical segment as a point and the bottom left diagonal segment as a comma. Such displays were very common on pinball machines for displaying the score and other information, before the widespread use of dot-matrix display panels.
