本实用新型提供了一种混频式单片波导镜片及三维显示装置，其中的混频式单片波导镜片包括波导及位于波导上表面或下表面的入射功能性区域和出射功能性区域，其中：入射功能性区域内设置有将外部图像光信号耦合至波导的耦入峰状衍射光栅结构，耦入峰状衍射光栅结构由多组耦入衍射光栅混叠而成，各耦入衍射光栅对应耦入不同波长的图像光信号；出射功能性区域内设置有将波导内传输过来的图像光信号耦合出波导的耦出峰状衍射光栅结构，耦出峰状衍射光栅结构由多组耦出衍射光栅混叠而成，各耦出衍射光栅对应耦出不同波长的图像光信号。本实用新型实现单片波导镜片的彩色显示，保证了显示装置在结构上的紧凑性，同时降低了光损耗，提升了显示效果。