De helderheid van een LED hangt voornamelijk af van de stroom die er doorheen vloeit.
Een conventionele gloeilamp is in feite een weerstand, hij volgt de ohm-wet van V = I * R. Als je de spanning verdubbelt, is de stroom zal verdubbelen en het verbruikte vermogen zal met een factor 4 stijgen (niet helemaal waar, er zijn enkele temperatuurgerelateerde effecten maar voorlopig dichtbij genoeg).
Een LED daarentegen is een diode, zoals de meeste diodes heeft het een relatief vaste voorwaartse voorspanning. Onder die spanning vloeit er geen stroom, boven die spanning is de stroom onbeperkt maar wordt de spanning verminderd door de voorspanning. (Dit is een enorme vereenvoudiging, maar is goed genoeg voor de meeste ruwe berekeningen)
Wat dit voltage is, hangt af van de gebruikte materialen en is dus kleurafhankelijk. Typisch ~ 1,8-2V voor rood, geel of groen, ~ 3V voor blauw, wit of "echt groen". Deze spanningsval neemt toe met de stroom, maar slechts met 0,1-0,2V. Normaal gesproken kunt u dit effect negeren.
Zoals je in je vraag hebt aangegeven, zijn LED's meestal verbonden met een weerstand in serie om de stroom te beperken. Waarom?
Beschouw de LED als een vaste spanningsval, deze verbruikt een vaste hoeveelheid spanning, ongeacht de stroom. Dus als je een 2V LED direct op een 3V bron aansluit, blijft er 1V over om over de rest van het circuit te vallen. De rest van het circuit zijn in dit geval de interne weerstanden in de voeding en draden. Deze weerstanden zijn doorgaans vrij laag (zo laag dat u ze normaal gesproken negeert) en er zal dus een grote stroom vloeien.
Aangenomen dat de weerstanden in de buurt van 0,1 omhs zijn, zou dit een stroom van I = V / R = geven. (3-2) / 0,1 = 10 ampère.
Het in de LED gedissipeerde vermogen zou P = I * V = 10 * 2 = 20 watt zijn.
Dit zou zeer snel verwarm de LED tot het punt waarop deze wordt vernietigd. De echte wereld is iets ingewikkelder omdat de LED niet de perfecte nulweerstand is waarvan wordt aangenomen dat de vaste spanningsval is, maar het eindresultaat is hoe dan ook hetzelfde.
Als we naast de interne weerstanden een serieweerstand van 100 ohm toevoegen dan wordt de stroom teruggebracht tot 10mA en licht de led mooi op.
Het veranderen van de weerstandswaarde verandert de helderheid, de meeste kleine leds zijn beperkt tot ongeveer 20mA max en zijn niet veel onder 1mA zichtbaar. Over het algemeen valt veel meer dan 10mA nauwelijks op (dit komt meer door de manier waarop ogen werken dan door de manier waarop leds werken). Je kunt de helderheid ook wijzigen door ze heel snel aan en uit te zetten, dit is eenvoudiger voor digitale systemen om te doen en is over het algemeen efficiënter voor een bepaalde waargenomen helderheid (opnieuw meer door ogen dan door LED's), hierdoor kun je de helderheid wijzigen terwijl er maar één vaste weerstand in de hardware zit. Als u van plan bent een variabele weerstand te gebruiken om de helderheid in te stellen, is het een goede gewoonte om ook een kleine vaste waarde op te nemen, zodat met de variabele weerstand op 0 de stroom beperkt is tot 20mA.
Dus wat als we twee LED's in serie toevoegen?
Elke LED heeft 2V nodig om in te schakelen. Twee LED's betekent 4V. Met een 3V-bron hebben we niet voldoende spanning om de diodes door te sturen en dus blokkeren ze alle stroom. De leds zijn uit, als u de spanning verhoogt en de stroombegrenzingsweerstand correct instelt, gaan ze beide aan. Aangezien de helderheid afhangt van de stroom door de LED en ze allebei dezelfde stroom zullen hebben, zullen ze dezelfde helderheid hebben (voor hetzelfde type LED).
Wat als we twee LED's parallel toevoegen?
Als we er twee parallel toevoegen, elk met hun eigen weerstand, dan zijn het in feite gescheiden circuits. Ervan uitgaande dat de stroomtoevoer voldoende is, zullen ze allemaal handelen alsof ze de enige zijn.
Als ze de weerstand delen, wordt het interessanter. In theorie zou dit prima werken, je zou de weerstandswaarde moeten halveren om hetzelfde te geven per LED-stroom, maar verder zou je verwachten dat het werkt.
Helaas zijn geen twee LED's identiek, ze hebben allemaal een heel licht verschillende bias-spanning, wat betekent dat er meer stroom door de ene loopt dan door de andere (het zou alle stroom door de ene zijn als er niet de kleine toename van de spanning als stroom wasstijgingen die we normaal negeren).
Dit betekent dat twee LED's parallel met een enkele weerstand bijna nooit dezelfde helderheid zullen hebben.
Over het algemeen alles wat een groep LED's moet aansturen(bijvoorbeeld een achtergrondverlichting) gebruikt een lange reeks LED's en verhoogt de spanning zo hoog als nodig is (binnen redelijke grenzen) zodat ze allemaal dezelfde helderheid hebben.