Допустим, не хочу лишний раз припаивать лишнюю деталь, потому что светодиодов очень много, на каждый вешать резистор геморно, а проект критичен к кол-ву деталей, размеру, весу.
Можно ли на каждый светодиод через порт микроконтроллера подать программно сконфигурированный ШИМ-сигнал с соответствующей скважностью, тем самым избежать необходимость использования токоограничительных резисторов?

Или вот пример: часы, в которых четыре 7-сегментных индикатора.
Символы на индикаторах отображаются через стробирование (поочерёдно на каждом индикаторе), то есть получается, что на отдельно взятый индикатор подаётся ШИМ-сигнал со скважностью 1/4.
Нафига тогда вешать резюки?
Или всё равно потребуется какой-нибудь фильтр?

Обеспечьте любым способом нормальный режим работы светодиода и он будет жить.

У диода есть его вах. Когда течет через него ток, его величина четко связана с напряжением на светодиоде. И не важно он горит 1/4 или 1/8 периода. Во втором случае просто, в теории, он проживет немного дольше. Вам надо на светодиодах контролировать напряжение без резисторов. Если вы на зеленый 5мм светодиод дадите 3В, он будет жить без резистора.
Проблемы:
1. У разных светодиодов разное падение (разная вах).
2. Со временем работы падение на светодиоде может изменится (эффект старения).

Ток через светодиод зависит экспоненциально от приложенного к нему напряжения. Что хуже, прямое падение напряжения на светодиоде, при заданном токе, обратно пропорционально температуре. Другими словами, при фиксированном напряжении на светодиоде, ток через него экспоненциально растет с ростом температуры, а температура светодиода будет расти из-за роста протекающего тока. Если не принять меры к ограничению тока - светодиод сгорит. Ток можно ограничить резистором (простейший случай) или стабилизатором тока. Для экономии деталей, если есть источник достаточного напряжения, можно соединить несколько светодиодов последовательно.

Согласен. Для 5В два светодиода впослед - очень элегантное решение. Я когда-то так две оптопары на один порт садил.

Существуют сразу 5в светодиоды, они представляют собой обычный кристалл, но совмещённые с резистором (или источником тока?) в одном корпусе. У меня в машине трудятся несколько 12в светодиодов.

Для уменьшения размера надо маленькие детальки
SMD резисторы в 0402 корпусе достаточно малы. Хотя лично мне 0603 нравятся по размеру, и достаточно малы, чтобы не занимать много места и паять легко. 0805 конечно при размерах современных микросхем уже смотрятся великовато.

Е-китс делает модули вольтметра/амперметра без токоограничительных резисторов. Тинька + 3-х разрядный 7-ми сегментник. У меня эти модули работают уже несколько лет, признаков умирания индикаторов нет.