本发明公开了一种基于衍射元件的准直背光源及裸眼三维显示系统，属于自由立体显示领域。该三维显示系统包括准直背光源、液晶显示屏、光场指向屏。准直背光源由光源阵列、整形透镜阵列、平面导光板以及分别位于平面导光板上表面和下表面的衍射元件阵列构成；其中衍射元件阵列由多个衍射元件单元阵列而成，上下两组衍射元件阵列实现光束的准直与匀化。由该准直背光源产生的准直光束先经液晶显示屏调制后，再经光场指向屏偏折后汇聚到空间各预定位置处，实现裸眼三维显示视点重构。通过调控每个视点处的显示图像，实现裸眼三维显示。